WO2006005887A1 - Method for localizing a chemical or biological species on a substrate, analyzing microsystem and biochip - Google Patents

Method for localizing a chemical or biological species on a substrate, analyzing microsystem and biochip Download PDF

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WO2006005887A1
WO2006005887A1 PCT/FR2005/050543 FR2005050543W WO2006005887A1 WO 2006005887 A1 WO2006005887 A1 WO 2006005887A1 FR 2005050543 W FR2005050543 W FR 2005050543W WO 2006005887 A1 WO2006005887 A1 WO 2006005887A1
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WO
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substrate
formula
plasma
chemical
sio
Prior art date
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PCT/FR2005/050543
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French (fr)
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Marc Plissonnier
Isabelle Chartier
Mathias Borella
Nicolas Glade
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/551Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
    • G01N33/552Glass or silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/043Improving the adhesiveness of the coatings per se, e.g. forming primers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04Coating
    • C08J7/056Forming hydrophilic coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2483/00Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention relates to a method for locating a chemical or biological species on a substrate, to a textured substrate that can be obtained from this method, as well as to a micro-analysis system and a biochip capable of to be obtained from this process.
  • the present invention finds particular applications in the manufacture of substrates serving as supports for tests in chemistry or biology, in particular where substrate surfaces are structured locally to obtain "zones" ("spots" in English) where elements chemical or biological substances can adhere and / or develop for their analysis and / or detection.
  • micropatterning of biological species that is to say the control of the fixation and non-fixation of chemical or biological cells or molecules on Precise areas of a surface is usually obtained following two different techniques which are photolithography and printing.
  • EP-A-I 260 863 "Micropatterning of plasma polymerized polymer", Winther-Jensen Bjoern; Bouaidat Salim; Jonsmann Jacques. It consists of forming cavities in an organic or inorganic material using the technologies used in the microelectronics industry.
  • this technology has several disadvantages.
  • photolithography requires the use of solvents and bases that are incompatible with many biological molecules.
  • the equipment needed to implement this technology is also complex and relatively expensive for biological applications.
  • the present invention specifically provides a novel method for producing textured substrates that can be used as supports for tests in chemistry or biology, which notably provides a solution to the aforementioned drawbacks of the prior art, which is easy to implement, fast and presenting a reduced cost.
  • the method of the invention is a method of locating a chemical or biological species on a substrate comprising the following steps:
  • step (c) modified by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula ( ⁇ ) deposited in step (b) in a material of formula ( ⁇ ) SiO x iC y i: H where 1, 7 ⁇ xl ⁇ 2.5 and 0.1 ⁇ yl ⁇ 0.4; and
  • the present invention also relates to a textured substrate comprising: a material of formula ( ⁇ ) SiO x Cy: H where 0.7 ⁇ x ⁇ 1.3 and 1.5 ⁇ y ⁇ 2; and a material of formula ( ⁇ ) SiO x iC y i: H where
  • This substrate may further comprise, especially during its use, but also for marketing, a chemical or biological species related to the material of formula ( ⁇ ).
  • the invention relates to the forging, or texturing, of substrate surfaces, and in particular the micromatrixing of chemical or biological species on substrate surfaces.
  • the substrate is in fact the support on which the material layer ( ⁇ ) is deposited in step (b) of the process.
  • It may be any solid material known to those skilled in the art, such as, for example, the support materials used for the manufacture of analytical microsystems and biochips.
  • It can be an organic or inorganic substrate. It may consist for example of a material selected from the group consisting of glass, silica, polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, cycloolefin copolymer (COC), and polystyrene acrylonitrile (SAN).
  • the substrate may or may not be flat, that is to say: comprise microstructures (channels, cavities, different levels, etc.) producing a microsystem (fluidic, mechanical, optical such as electromechanical microsystems (MEMS) or optoelectromechanical microsystems (MOEMS)); have electrical functions, for example by metal deposition for electrodes; (CMOS circuitry for complementary metal oxide semi conductor), optical (deposition of thin layers adapted to make mirrors, anti-reflective zones, waveguides, etc.).
  • MEMS electromechanical microsystems
  • MOEMS optoelectromechanical microsystems
  • the substrate Before step (b) of the method of the invention, the substrate may be cleaned in order to improve the adhesion of the material layer ( ⁇ ) to its surface.
  • This cleaning can be for example a chemical cleaning, possibly followed by a heat treatment.
  • Cleaning techniques in particular those used for the preparation of biochip carriers, known to those skilled in the art are usable.
  • any solvent suitable for dusting and / or degreasing the surface of the substrate may be used, preferably without damaging it.
  • Trichlorethylene, acetone, ethyl alcohol, deionized water, acidic or basic solutions, etc. may be mentioned as cleaning solvents, for example.
  • the cleaning may consist of bathing the substrate in one or more of these solvents successively. Cleaning is usually followed by drying.
  • the cleaning may also simply consist of ridding the substrate of its dust with a jet of compressed air.
  • the step (b) of depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula ( ⁇ ) may be carried out by any technique known to those skilled in the art to deposit this type of material on a surface. It may be for example a plasma-assisted chemical vapor deposition
  • polysiloxane or organosilane.
  • the polysiloxane is a precursor of the material ( ⁇ ) which the
  • the polysiloxane may be chosen for example from hexamethyldisiloxane (HMDSO) and octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS).
  • HMDSO hexamethyldisiloxane
  • OCTS octamethylcyclotetrasiloxane
  • TCTS tetramethylcyclotetrasiloxane
  • PECVD plasma chemical vapor deposition
  • PACVD plasma chemical vapor deposition
  • the material layer of formula ( ⁇ ) may be deposited on said surface of the substrate at a thickness of 5 nm to 5 ⁇ m.
  • the minimum thickness is a thickness which advantageously makes it possible to cover the at least one surface of the substrate without leaving holes.
  • the maximum thickness is not limited, it is however superfluous to use too large amounts of material to implement the present invention.
  • the step (c) of modification is carried out by localized treatment. "Localized" means in this "defined”. In this step, a defined zone, in thickness and on the surface, of the material layer of formula ( ⁇ ) is converted into a material of formula ( ⁇ ). The size of the surface of the transformed material is determined essentially by the surface of the material exposed to ultraviolet radiation or plasma.
  • the ultraviolet treatment or the plasma treatment may be any treatment known to those skilled in the art which induces the transformation of the material of formula ( ⁇ ) into a material of formula ( ⁇ ).
  • UV treatment can also be performed by laser.
  • the treatment is advantageously carried out by irradiation-type treatment (for example UVO: ultraviolet-ozone - ozone is created by UV) or by plasma-type treatment (for example helium, argon, corona, atmospheric plasma). , SF 6 / C> 2, CH 3 O 2, etc.).
  • the wavelength is generally less than 300 nm (threshold at which the molecular oxygen can be converted into ozone), in particular equal to 184.9 nm and 253.7 nm.
  • the ultraviolet can be generated by any means known to those skilled in the art, for example by a low pressure mercury vapor lamp for treatment in the presence of ozone.
  • the ultraviolet treatment can be carried out advantageously in the presence of oxygen.
  • the duration of this treatment is determined in particular by the operating conditions used and by the desired decomposition thickness. For layers of materials ( ⁇ ) such as those mentioned above, a treatment time of 1 to 20 minutes is usually sufficient.
  • the surface location of the zones where the material ( ⁇ ) is converted can be obtained for example by positioning an absorbent mask around said at least one zone during the treatment.
  • It may be a mask of the mechanical type, for example in the form of a cover, or simply optical in the case of ultraviolet radiation, used where the material ( ⁇ ) must not be modified.
  • This mask has for example one or openings (s) localising the material zone (s) ( ⁇ ) that will be (are) modified (s).
  • localized areas of material ( ⁇ ) are obtained without using photolithography or micro-contact techniques.
  • the mask may consist of a material chosen from a metallic material (stainless steel, steel, etc.), carbon, etc.
  • the method of the invention therefore consists in depositing an SiO x Cy: H type amorphous material on a surface of a substrate, the composition of which is 0.7 ⁇ x ⁇ 1.3 and 1.5 ⁇ y ⁇ 2 (or the composition domain) is determined so that, in particular, chemical or biological species, for example living cells, can not adhere to its surface.
  • This material is then modified locally to obtain a material of SiO x iC y i: H such that 1.7 ⁇ Xi ⁇ 2.5 and 0.1 ⁇ yi ⁇ 0.4 allowing the adhesion of chemical and / or biological species .
  • This new composition allows for example a normal development of living cells and can be used for biochemical analysis applications.
  • the object of the invention is therefore to enable the localization of chemical or biological species by promoting their adhesion on specific areas of the surface of a substrate. Localization is further facilitated by a modification of the surface energy, the material passing from a hydrophobic character (material ( ⁇ )) to hydrophilic (material ( ⁇ )).
  • the material ( ⁇ ) may also be functionalized for the attachment thereto of a chemical or biological species.
  • the present invention also relates to a substrate according to the invention, in which the material of formula
  • ( ⁇ ) is thus functionalized.
  • the functionalization is carried out by any chemical means known to those skilled in the art in order to fix molecules on a silica-based surface. It may be for example a functionalization intended to form silanol groups, for example for the purpose of fixing nucleic acids. These techniques are well known to those skilled in the art.
  • step (d) can be carried out for example by immersing the substrate obtained in step (c) in said solution of the chemical or biological species, or by depositing in the form of a drop of said solution of the biological species on said localized zone of material ( ⁇ ) obtained in step (c).
  • the immersion is preferably made for a time sufficient to allow the adhesion of chemical or biological species, for example cells.
  • the deposition in the form of a drop can be carried out for example by the techniques known to those skilled in the art for disposing drops of a solution on the surface of a substrate, for example by micropipettage or by means of an ink jet type apparatus ("jet printing" in English).
  • the solution may be any suitable solution to contain said chemical species.
  • the substrate of the present invention is not corrosive for the substrate of the present invention, in particular for the materials ( ⁇ ) and ( ⁇ ).
  • It may be for example an aqueous solution, for example also a physiological liquid, a buffer solution, a biological buffer, etc.
  • It can also be a solution of polymers (Nafion (trademark), glues such as epoxy glues, conductive glues, resins), oils, organic or inorganic solvents, organic or inorganic acids, etc. .
  • This step (d) can be performed without functionalization, directly on the substrate of the present invention. It can also be performed after functionalization.
  • the species when it is biological, it can be chosen for example from the group consisting of a eukaryotic cell, a prokaryotic cell, a protein, a glycoprotein, an enzyme, a an antigen, an antibody, DNA, RNA, a hormone, a living tissue, a protein or glycoprotein network.
  • the species when the species is chemical, it may be a polymer, for example organic.
  • the material zones ( ⁇ ) are very favorable to the adhesion and growth of cells and the material zones ( ⁇ ) are very unfavorable to their growth.
  • the present invention thus makes it possible to locate the adhesion of living cells.
  • micromatrixing of biological species on a surface finds a number of applications such as combinatorial screening strategies, multiple analytical detectors and the ability to modulate cell-substrate interactions by spatially directing cell growth.
  • the stamping obtained by the process of the present invention is stable over time and is not sensitive to different chemical cleanings.
  • the technique used in the present invention is insensitive to the aging of the substrate.
  • the method of the present invention advantageously makes it possible to process non-horizontal planes and thus substrates structured by fluidic micro-channels for example.
  • the location of "hydrophilic" zones materialized by the localized zones of material ( ⁇ ) makes it possible to confer in addition to the substrate fluidic properties: it allows a localization of drops of culture liquid in the zones adhering to the biological molecules, filling or definition of capillaries.
  • the film is continuous and conforms to possible structuring of the substrate.
  • the adhesion properties can thus be imparted to non-horizontal surfaces.
  • the method of the present invention can be applied over large areas, allowing the collective fabrication of devices.
  • the method of the invention is also economically very profitable since it is very simple to achieve.
  • Another advantage of the present invention is that the SiOxCy: H material is transparent in X-ray fluorescence. It is therefore possible by X-ray fluorescence, for example below a glass slide as a substrate, to visualize the labeled cells or not.
  • the present invention can be used for example for the manufacture of a biochip or a microsystem of chemical or biochemical analysis.
  • the present invention thus also relates to a microsystem for chemical or biochemical analysis, or to a biochip, comprising a substrate according to the invention.
  • a microsystem for chemical or biochemical analysis or to a biochip, comprising a substrate according to the invention.
  • the chemical or biological species are bonded to the surface of the substrate according to the present invention, they can be analyzed according to the methods known to those skilled in the art for the analysis and / or the detection of molecules or cells on the surface of a substrate, particularly in the field of biochips.
  • Other possible applications of the process of the invention are, for example, the location of glue (which represents the chemical species in the process of the invention) on a hydrophilic zone, for example for bonding a hood; the location of liquid drops on localized areas of a surface of a substrate for electrically connecting two surfaces, for example superimposed, for example in a "flip chip” method or to form a conventional connection by locating conductive tracks; locating magnetic elements for a localized deposition of magnets after evaporation of a drop of solution comprising said magnets; depositing on localized areas a surface of a droplet substrate forming microlenses or depositing on localized areas a surface of a liquid crystal substrate in the field of optics.
  • glue localization for example bonding of a cover (for example seal for bonnet sealing): WO-A-04/043849 (deposit of silicone material); glue localization: for example bonding of microstructured substrates (glue deposition): FR-A-
  • Figure 1 Schematic representation of a textured substrate obtained according to the method of the present invention.
  • Figure 2 graphical representation of the number of cells according to the incubation time for three different samples, comprising all three a layer of material of formula ( ⁇ ) (precursor OMCTS), and each different durations of localized changes of material of formula ( ⁇ ) by ultraviolet + ozone treatment (UVO).
  • N number of cells counted per ml (see ⁇ E below).
  • Figure 4 Photograph showing the localized adhesion of living cells on a textured substrate according to the invention.
  • the support which has been used to implement the method of the invention is a glass slide.
  • the blade is freed from its dust by a jet of compressed air.
  • the deposition conditions are as follows: capacitive coupling plasma OMCTSO (Aldrich, 98%) / He
  • the three samples comprise on their surface a layer of material of formula ( ⁇ ) (OMCTS precursor) deposited according to the method described in paragraph B.
  • the localized modification of the material of formula ( ⁇ ) in material of formula ( ⁇ ) was carried out by ultraviolet (UVO) treatment (photochemical modification).
  • the localized modification is carried out by a UV-Ozone cleaner (UVO Cleaner) model 342-220 manufactured by Jelight Company (2 Mason, Irvine, CA92618 U.S.A.).
  • a UV-Ozone cleaner UVO Cleaner model 342-220 manufactured by Jelight Company (2 Mason, Irvine, CA92618 U.S.A.).
  • the apparatus operates in ambient air, that is, at atmospheric pressure and ambient temperature.
  • a low-pressure mercury vapor lamp a grid-shaped, emitting a wide ultraviolet radiation, among others bands in the deep UV at 184.9 nm and 253.7 nm was used.
  • the lamp has a power of 28 ⁇ W / cm 2 to 6 mm.
  • the temperature increases by a few tens of degrees during the treatment (up to about 50-70 °) for a long exposure time (greater than 20 min) but does not alter, a priori, the process.
  • the lamp of the device is put to preheat 10 minutes to obtain an optimal UV emission.
  • the substrate is placed in a sample holder location at a distance of approximately 5 mm to 1 cm from the mercury lamp (as recommended in the device manual).
  • the exposure is greater than 1 minute and can last several tens of minutes depending on the conditions: - if the surface is directly exposed to
  • UV through a mechanical mask for example, the exposure is of the order of 1 to 10 minutes; on the other hand, through a quartz optical mask, for example 2 mm thick, which absorbs a good amount of deep UV: about 50% loss at 184.9 nm and 20% loss at 253.7 nm, it takes a exposure from 30 minutes to 2 hours to obtain an equivalent effect (the problem is related to the poor transmittance of quartz in the deep UV).
  • the location of the irradiated area is achieved using a mechanical steel mask. The mechanical mask is kept pressed on the blade by a pinch on the sides, leaving the pattern accessible
  • sample 1 OMCTS + UVO 3 minutes
  • sample 2 OMCTS + UVO 5 minutes
  • sample 3 OMCTS + UVO 10 minutes
  • a control sample is also performed: OMCTS without modification treatment.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a textured substrate (1) obtained according to the method of the present invention.
  • the reference (S) indicates the support of silicon
  • ( ⁇ ) indicates the material of formula ( ⁇ ) (OMCTS)
  • ( ⁇ ) indicates the areas where the material of formula ( ⁇ ) has been formed by modification.
  • photochemical material type ( ⁇ ) indicates the areas where the material of formula ( ⁇ ) has been formed by modification.
  • the protocol is the following, instead of the protocol of paragraph C above: the mechanical mask is maintained plated on the substrate by a pinch on the sides, leaving the pattern (holes) to the plasma.
  • the substrate is introduced into the PECVD equipment described above and is then directly exposed to the plasma.
  • the plasma treatment Helium lasts 1 minute, the conditions are RF 200W, 0.2 mbar, 500 sccm He.
  • Live hamster ovary (CHO) cells were put in aqueous solution at 7 ⁇ 10 3 cells / ml.
  • the substrates of the different samples obtained according to the protocols of paragraphs C and D were immersed in the solution.
  • the textured substrates thus covered with drops of solution of living cells were then incubated for 0, 24, 48, 72 and 96 hours at 37 ° C.
  • the number of adherent cells on the aforementioned zones was counted by manual counting either directly under the microscope or on microscope slides at incubation times of 0, 24, 48, 72 and 96 hours, after washing the samples by buffer. physiological.
  • FIG. 2 shows the results of the measurements for the various samples having undergone a decomposition treatment of 3, 5 and 10 minutes.
  • FIG. 4 is a photograph showing the localized adhesion of the cells in 480 ⁇ m diameter areas after 72 hours of culture and a simple washing of non-adherent cells to the saline buffer.
  • FIG. 3 compares adherent cell count results on the surface of four different substrates: a surface obtained from a polycarbonate support treated according to the protocols described in paragraphs (B) and (E) (no modification processing) above (OMTCS) ("AA" for prior art); a surface obtained from a polycarbonate support treated according to the process of the invention described in paragraphs (B) to (E) above (10 minute decomposition treatment) (OMTCS + UVO 10 minutes) ( ⁇ and ⁇ materials); a polycarbonate (PC) surface not treated by the process of the invention. a polycarbonate surface subjected only to the decomposition treatment of 10 minutes (no layer of material ( ⁇ )) (PC + UVO 10 minutes).
  • the number of cells before and after UV + ozone treatment does not make it possible to obtain a very large cell growth difference on the polycarbonate surfaces (AA results in FIG. 3) which have not been treated according to the method of the invention. present invention.
  • the cells multiply as fast but spread much more than UVO-treated substrates.
  • the cells have a measurable spread by their mean diameter of 42 ⁇ m +/- 15 ⁇ m on the substrates treated plasma Helium, against 31 ⁇ m +/- 17 ⁇ m on a treated substrate UVO 3 minutes, and 20 ⁇ m +/- 3 ⁇ m on an OMTCS substrate without treatment.
  • glass support used in Examples A to D above is replaced by another material and the method of the invention is applied as in Examples A to D.
  • the method of the invention operates on any type of support, and provides other advantages that those mentioned above related to the characteristics of the substrate of the present invention.
  • the support chosen for the implementation of the present invention is the electrode of a fuel cell, in particular batteries described in EP-B1-241432, US-A-4,877,694 and US-A-4.
  • the hydrophilic layers described in these documents are replaced by the material ⁇ obtained from the material ⁇ according to the method of the invention.
  • fuel cells comprise two electrodes in which occur the reactions of reduction of oxygen and oxidation of a fuel which may be a gas or a liquid.
  • These electrodes generally consist of several layers.
  • the last layer called active layer is composed of carbon, a catalyst and a polymeric binder.
  • the nature of the oxygen reduction reactions produces water at the catalytic sites. Consequently, the commercial electrodes use a fluoropolymer binder whose hydrophobic nature makes it possible to repel the water produced, thus avoiding the flooding of the "cathodes". If the water is not removed: the cathode is flooded, which prevents oxygen from accessing the catalytic sites.
  • the supply of liquid fuel or reactive ions to the electrodes requires a hydrophilic nature of the materials used.
  • the hydrophilic nature of the electrode facilitates its transport to the catalytic sites.
  • Commercially available electrodes having a hydrophobic nature limit this transport, which causes the performance of the battery to fall.
  • the surface energy of commercial electrodes is very low, not very polar. They have little affinity with water that wets the substrate very little (contact angle measured: 128.8 °).
  • the amount of binder conditions the efficiency of the cathode. Optimizing the amount of binder requires many tests. Indeed, it can coat platinum sites and therefore reduce the number of "active" sites if it is used in too large quantities. Similarly, if used sparingly, electrolyte will drown the "active" sites that will then no longer have access to oxygen. The balance to be achieved between the electrolyte access and the oxygen and the access to the electrons is an essential data of operation of the electrodes.
  • the general composition of the cathodes is based on two layers, one hydrophobic (gaseous diffusion layer) and the other hydrophilic (active layer); it is replaced by a "dual" layer containing active materials and gas diffusion.
  • hydrophilic nature is enhanced by the use of hydrophilic polyesters.
  • the present invention solves these three disadvantages simultaneously.
  • the inventors modify, thanks to the method of the present invention, the surface energy of the electrodes.
  • the present invention makes it possible to render the treated surfaces super hydrophilic. This allows on the one hand to ensure the transport of polar fuels to the catalytic sites and thus increase the electrochemical performance of fuel cells (for example of the DMFC (direct methanol fuel cell), DEFC, PAFC, SAFC, etc.) and on the other hand to limit the drying of proton fuel cells (for example PEMFC type) when the latter work at high voltage (high efficiency).
  • fuel cells for example of the DMFC (direct methanol fuel cell), DEFC, PAFC, SAFC, etc.
  • PEMFC type proton fuel cells
  • the inventors have modified one of the faces of the cathode to make it more hydrophilic according to the protocol described in the previous examples. This made it possible to promote electrolyte access to the reactive sites of the cathode without limiting the diffusion of oxygen from the untreated side.
  • the use of hydrophobic halogenated polymers in sufficient quantity makes it possible both to guarantee the hydrophobicity of the cathode and the cohesion thereof.
  • the modification is generated by plasma treatment or ultrathin deposition of a superhydrophilic layer according to the present invention. This treatment is applied only on the face of the electrode in contact with the electrolyte or the liquid fuel. The diffusion of electrolyte or fuel in the cathode is then improved to a small thickness. Tests carried out in this example have validated the modification of the penetration of
  • the measured contact angle is then 36.2 °.
  • Plasma deposition of superhydrophilic material (SiO x ) according to the present invention has made it possible to validate a total wetting.
  • the present invention therefore also relates to a fuel cell comprising an electrolyte and electrodes, wherein the wettability of at least one of the electrodes is modified by a method comprising the following steps:
  • step (c) modifying by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula ( ⁇ ) deposited in step (b) in a material of formula ( ⁇ ) SiO x iC y i: H where 1, 7 ⁇ xl ⁇ 2.5 and 0.1 ⁇ yl ⁇ 0.4.
  • the cathode or the anode may therefore have been treated with plasma, for example with helium or oxygen plasma.
  • the fuel cells may be all those known to those skilled in the art, for example those described in the aforementioned documents.
  • cathodes with a high binder content (20 to 70%) which allows a better cohesion improving the lifetime of the electrode.
  • Limitation of the number of polymers used; the choice of the plasma or deposition technique makes it possible, by modifying the parameters, to adjust the equilibrium of electrolyte permeability at different binder levels (from 10 to 70%).

Abstract

The invention concerns a method for localizing a chemical or biological species on a substrate, a textured substrate (1) and an analyzing microsystem and a biochip. The method includes the following steps: providing a substrate (S); depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (a) SiOxCy:H wherein 0,7 ≤ x ≤ 1,3 and 1,5 ≤ y ≤ 2; decomposing by ultraviolet treatment at least one localized zone of the material of formula (a) deposited in a material of formula (ß) SiOx1Cy1:H wherein 1,7 ≤ x1 ≤ 2,5 and 0,1 ≤ y1 ≤ 0,4; and contacting said localized zones of the material of formula (ß) with a solution of the chemical or biological species.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION D'UNE ESPECE CHIMIQUE OU BIOLOGIQUE SUR UN SUBSTRAT, MICROSYSTEME D'ANALYSE ET METHOD FOR LOCATING A CHEMICAL OR BIOLOGICAL SPECIES ON A SUBSTRATE, MICROSYSTEM FOR ANALYSIS AND
BIOPUCEBIOCHIP
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention se rapporte à un procédé de localisation d'une espèce chimique ou biologique sur un substrat, à un substrat texture susceptible d'être obtenu à partir de ce procédé, ainsi qu'à un microsystème d'analyse et à une biopuce susceptibles d'être obtenus à partir de ce procédé. La présente invention trouve notamment des applications dans la fabrication de substrats servant de supports pour des tests en chimie ou en biologie, en particulier où des surfaces de substrats sont structurés localement pour obtenir des « zones » (« spots » en anglais) où des éléments chimiques ou biologiques peuvent adhérer et/ou se développer en vue de leur analyse et/ou détection.The present invention relates to a method for locating a chemical or biological species on a substrate, to a textured substrate that can be obtained from this method, as well as to a micro-analysis system and a biochip capable of to be obtained from this process. The present invention finds particular applications in the manufacture of substrates serving as supports for tests in chemistry or biology, in particular where substrate surfaces are structured locally to obtain "zones" ("spots" in English) where elements chemical or biological substances can adhere and / or develop for their analysis and / or detection.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART
Les procédés connus de localisation d'espèces chimiques sur un substrat ne sont ni simples, ni de très grande sélectivité : le problème principal est que les cellules, les molécules et les liquides adhèrent un peu partout.The known methods for locating chemical species on a substrate are neither simple nor very high selectivity: the main problem is that cells, molecules and liquids adhere everywhere.
Le micromatriçage (« micropatterning » en anglais) d'espèces biologiques, c'est-à-dire le contrôle de la fixation et de la non fixation de cellules ou molécules chimiques ou biologiques sur des zones précises d'une surface est généralement obtenu suivant deux techniques différentes qui sont la photolithographie et l'impression.The micropatterning of biological species, that is to say the control of the fixation and non-fixation of chemical or biological cells or molecules on Precise areas of a surface is usually obtained following two different techniques which are photolithography and printing.
La technique du « micropatterning » par photolithographie a déjà été largement décrite, comme par exemple dans le document [1] EP-A-I 260 863, « Micropatterning of plasma polymerised polymer », Winther-Jensen Bjoern ; Bouaidat Salim ; Jonsmann Jacques. Elle consiste à former des cavités dans un matériau organique ou inorganique en utilisant les technologies employées dans l'industrie de la microélectronique. Cependant, cette technologie comporte plusieurs inconvénients. En particulier, la photolithographie exige l'utilisation de solvants et de bases qui sont incompatibles avec beaucoup de molécules biologiques. Les équipements nécessaires à la mise en œuvre de cette technologie sont en outre complexes et relativement chers pour les applications biologiques .The technique of micropatterning by photolithography has already been widely described, as for example in document [1] EP-A-I 260 863, "Micropatterning of plasma polymerized polymer", Winther-Jensen Bjoern; Bouaidat Salim; Jonsmann Jacques. It consists of forming cavities in an organic or inorganic material using the technologies used in the microelectronics industry. However, this technology has several disadvantages. In particular, photolithography requires the use of solvents and bases that are incompatible with many biological molecules. The equipment needed to implement this technology is also complex and relatively expensive for biological applications.
L'impression (« printing » en anglais) par micro contact (« micro stamping » en anglais) est une autre technique qui a été employée pour réaliser le « micropatterning » d'espèces biologiques sur les surfaces de substrats. En utilisant cette technique, des substrats inorganiques tels que le verre et le silicium ont été micro-matricés en déposant des encres sur leur surface. Dans cette technique, des protéines ont été appliquées sur une surface en réseau dense à partir d'un tampon fabriqué en poly(diméthylsiloxane) pré-enduit. D'autres procédés utilisent la modification localisée de la polarité de la surface en appliquant un tampon spécifique, c'est-à-dire micromatricé, et enduit de produit pouvant modifier localement la polarité du substrat. Le document [2] US n°20030104614, « Micropatterning surfaces of polymeric substrate », Schmalenberg Kristine (US) ; Buettner Helen M. (US) ; Uhrich Kathryn décrit une telle technique.Printing ("printing" in English) by micro-contact ("micro stamping" in English) is another technique that has been used to achieve the "micropatterning" of biological species on substrate surfaces. Using this technique, inorganic substrates such as glass and silicon have been micro-matrixed by depositing inks on their surface. In this technique, proteins were applied to a dense networked surface from a pre-coated poly (dimethylsiloxane) pad. Other methods use the localized modification of the polarity of the surface by applying a specific buffer, that is to say micromatricked, and coated of product that can locally change the polarity of the substrate. [2] US Patent No. 20030104614, "Micropatterning surfaces of polymeric substrate", Schmalenberg Kristine (US); Buettner Helen M. (US); Uhrich Kathryn describes such a technique.
Malheureusement, dans le premier cas, les molécules biochimiques actives sont en contact avec des constituants étrangers pouvant les contaminer et modifier leur comportement. Dans le second cas, la modification localisée de la polarité doit être localisée juste avant la dépose des molécules biochimiques . Cette technique est en outre potentiellement sensible au nettoyage. Ces deux techniques sont en outre basées sur le dépôt d'un film destiné à augmenter la fixation des molécules biologiques dans certaines zones ou d'un film bloquant la fixation des molécules biologiques dans des zones complémentaires, et dans tous les cas le film n'est pas continu sur le substrat ce qui fragilise la tenue mécanique du dépôt (vieillissement et tenue au nettoyage) . Le dépôt de ce ou de ces films requiert de plus du matériel et des appareillages, ce qui prolonge la durée de fabrication du substrat et augmente le coût de sa fabrication. II existe donc, dans le domaine de la fabrication de substrats servant de supports pour des tests en chimie ou en biologie un réel besoin de nouveaux procédés de fabrication qui apportent une solution aux inconvénients précités, et qui permettent en outre de travailler à des échelles qui sont toujours l'Unfortunately, in the first case, the active biochemical molecules are in contact with foreign constituents that can contaminate them and modify their behavior. In the second case, the localized modification of the polarity must be localized just before the deposit of the biochemical molecules. This technique is also potentially sensitive to cleaning. These two techniques are furthermore based on the deposition of a film intended to increase the fixation of the biological molecules in certain zones or of a film blocking the fixation of the biological molecules in complementary zones, and in all cases the film does not is not continuous on the substrate which weakens the mechanical strength of the deposit (aging and held cleaning). Deposition of this or these films also requires equipment and apparatus, which extends the manufacturing time of the substrate and increases the cost of its manufacture. Thus, in the field of the manufacture of substrates serving as supports for tests in chemistry or biology, there is a real need for new manufacturing processes which provide a solution to the aforementioned drawbacks, and which also make it possible to work on scales which are always the
plus réduites au fur et à mesure des perfectionnements apportés aux microsystèmes d'analyse et biopuces.more reduced as improvements are made to microsystems analysis and biochips.
Exposé de invention La présente invention fournit précisément un nouveau procédé de fabrication de substrats textures pouvant servir de supports pour des tests en chimie ou en biologie qui apporte notamment une solution aux inconvénients précités de l'art antérieur, facile à mettre en œuvre, rapide et présentant un coût réduit.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention specifically provides a novel method for producing textured substrates that can be used as supports for tests in chemistry or biology, which notably provides a solution to the aforementioned drawbacks of the prior art, which is easy to implement, fast and presenting a reduced cost.
Le procédé de l'invention est un procédé de localisation d'une espèce chimique ou biologique sur un substrat comprenant les étapes suivantes :The method of the invention is a method of locating a chemical or biological species on a substrate comprising the following steps:
(a) fournir un substrat ; (b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ;(a) providing a substrate; (b) depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α) SiO x C y : H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2;
(c) modifié par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4 ; et(c) modified by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula (α) deposited in step (b) in a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1, 7 ≤ xl ≤ 2.5 and 0.1 <yl <0.4; and
(d) mettre en contact lesdites zones localisées du matériau de formule (β) avec une solution de l'espèce chimique ou biologique.(d) contacting said localized areas of the material of formula (β) with a solution of the chemical or biological species.
La présente invention se rapporte également à un substrat texture comprenant : un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; et - un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H oùThe present invention also relates to a textured substrate comprising: a material of formula (α) SiO x Cy: H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2; and a material of formula (β) SiO x iC y i: H where
1,7 < xl < 2,5 et 0,1 < yl < 0,4. Ce substrat peut comporter en outre, notamment lors de son utilisation, mais aussi pour sa commercialisation, une espèce chimique ou biologique liée au matériau de formule (β) . L'invention concerne le matriçage, ou texturation, de surfaces de substrats, et en particulier le micromatriçage d'espèces chimiques ou biologiques sur des surfaces de substrats .1.7 <xl <2.5 and 0.1 <yl <0.4. This substrate may further comprise, especially during its use, but also for marketing, a chemical or biological species related to the material of formula (β). The invention relates to the forging, or texturing, of substrate surfaces, and in particular the micromatrixing of chemical or biological species on substrate surfaces.
Le substrat est en fait le support sur lequel la couche de matériau (α) est déposée à l'étape (b) du procédé. Il peut s'agir de tout matériau solide connu de l'homme du métier, tel que par exemple les matériaux supports utilisés pour la fabrication des microsystèmes d'analyse et des biopuces. Il peut s'agir d'un substrat organique ou inorganique. Il peut être constitué par exemple d'un matériau choisi dans le groupe comprenant du verre, de la silice, du polycarbonate, du polyméthylméthacrylate (PMMA) , du polystyrène, du copolymère cyclooléfine (COC) , et du polystyrène acrylonitrile (SAN) .The substrate is in fact the support on which the material layer (α) is deposited in step (b) of the process. It may be any solid material known to those skilled in the art, such as, for example, the support materials used for the manufacture of analytical microsystems and biochips. It can be an organic or inorganic substrate. It may consist for example of a material selected from the group consisting of glass, silica, polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, cycloolefin copolymer (COC), and polystyrene acrylonitrile (SAN).
Le substrat peut être plan ou non, c'est-à- dire : comporter des microstructurations (canaux, des cavités, des niveaux différents, etc.) réalisant un microsystème (fluidique, mécanique, optique tels que des microsystèmes électromécaniques (MEMS) ou des microsystèmes optoélectromécaniques (MOEMS) ) ; comporter des fonctions électriques, par exemple par dépôt métallique pour des électrodes ; électroniques (circuiterie CMOS (CMOS pour « complementary métal oxyde semi conductor ») ) , optiques (dépôt de couches minces adaptées pour réaliser des miroirs, des zones anti-réfléchissantes, des guides d'ondes, etc.) .The substrate may or may not be flat, that is to say: comprise microstructures (channels, cavities, different levels, etc.) producing a microsystem (fluidic, mechanical, optical such as electromechanical microsystems (MEMS) or optoelectromechanical microsystems (MOEMS)); have electrical functions, for example by metal deposition for electrodes; (CMOS circuitry for complementary metal oxide semi conductor), optical (deposition of thin layers adapted to make mirrors, anti-reflective zones, waveguides, etc.).
Avant l'étape (b) du procédé de l'invention, le substrat peut être nettoyé afin d'améliorer l'adhérence de la couche de matériau (α) à sa surface. Ce nettoyage peut être par exemple un nettoyage chimique, éventuellement suivi d'un traitement thermique. Les techniques de nettoyage en particulier celles utilisées pour la préparation de supports de biopuce, connues de l'homme du métier sont utilisables. Pour ce nettoyage, on peut utiliser tout solvant approprié pour dépoussiérer et/ou dégraisser la surface du substrat, de préférence sans l'abîmer. On peut citer par exemple comme solvant de nettoyage le trichloréthylène, l'acétone, l'alcool éthylique, l'eau désionisée, des solutions acides ou basiques, etc. Le nettoyage peut consister à baigner le substrat dans un ou plusieurs de ces solvants successivement. Le nettoyage est alors généralement suivi d'un séchage. Le nettoyage peut également consister tout simplement à débarrasser le substrat de ses poussières par un jet d'air comprimé.Before step (b) of the method of the invention, the substrate may be cleaned in order to improve the adhesion of the material layer (α) to its surface. This cleaning can be for example a chemical cleaning, possibly followed by a heat treatment. Cleaning techniques, in particular those used for the preparation of biochip carriers, known to those skilled in the art are usable. For this cleaning, any solvent suitable for dusting and / or degreasing the surface of the substrate may be used, preferably without damaging it. Trichlorethylene, acetone, ethyl alcohol, deionized water, acidic or basic solutions, etc. may be mentioned as cleaning solvents, for example. The cleaning may consist of bathing the substrate in one or more of these solvents successively. Cleaning is usually followed by drying. The cleaning may also simply consist of ridding the substrate of its dust with a jet of compressed air.
L'étape (b) consistant à déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) peut être réalisée par toute technique connue de l'homme du métier pour déposer ce type de matériau sur une surface. Il peut s'agir par exemple d'un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasmaThe step (b) of depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α) may be carried out by any technique known to those skilled in the art to deposit this type of material on a surface. It may be for example a plasma-assisted chemical vapor deposition
(dépôt PECVD) d'un polysiloxane (ou organosilane) . Le polysiloxane est un précurseur du matériau (α) qui se l'(PECVD deposit) of a polysiloxane (or organosilane). The polysiloxane is a precursor of the material (α) which the
transforme en ledit matériau (α) lors de son dépôt sur la surface du substrat.transforms into said material (α) during its deposition on the surface of the substrate.
Le polysiloxane peut être choisi par exemple parmi hexaméthyldisiloxane (HMDSO) et l'octaméthylcyclotétrasiloxane (OMCTS), le tétraméthylcyclotétrasiloxane (TMCTS) .The polysiloxane may be chosen for example from hexamethyldisiloxane (HMDSO) and octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS).
L'utilisation de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur plasma (PECVD ou PACVD) permet d'obtenir des épaisseurs de dépôt très fines qui peuvent être inférieures à 50 nanomètres, et même aller jusqu'à 5-10 nm, ce qui garantit une excellente adhésion du dépôt sur tout type de substrat. Une technique PECVD ou PACVD utilisable pour mettre en œuvre la présente invention est décrite par exemple dans le document [3] Svend S. Eskildsen et al.,The use of plasma chemical vapor deposition (PECVD or PACVD) technology results in very thin deposition thicknesses that can be less than 50 nanometers, and even up to 5-10 nm, which guarantees excellent adhesion of the deposit on any type of substrate. A PECVD or PACVD technique that can be used to implement the present invention is described for example in document [3] Svend S. Eskildsen et al.
« Plasma CVD : Process capabilities and économie aspects », Surface and Coatings Technology, 116-119"CVD Plasma: Process Capabilities and Economics Aspects", Surface and Coatings Technology, 116-119
(1999) 18-24. Ce matériau de formule (α) présente la particularité d'être amorphe. Selon l'invention, la couche de matériau de formule (α) peut être déposée sur ladite surface du substrat à une épaisseur de 5 nm à 5 μm. En fait, on comprend aisément que l'épaisseur minimale est une épaisseur qui permet avantageusement de couvrir la, au moins une, surface du substrat, sans laisser de trous. L'épaisseur maximale n'est pas limitée, il est toutefois superflu d'utiliser des quantités trop importantes de matériau pour mettre en œuvre la présente invention. L'étape (c) de modification est réalisée par traitement localisé. Par « localisé (e) », on entend dans la présente « défini (e) ». Dans cette étape, une zone définie, en épaisseur et en surface, de la couche de matériau de formule (α) est transformée en matériau de formule (β) . La taille de la surface du matériau transformé est déterminée essentiellement par la surface du matériau exposée au rayonnement ultraviolet ou au plasma.(1999) 18-24. This material of formula (α) has the particularity of being amorphous. According to the invention, the material layer of formula (α) may be deposited on said surface of the substrate at a thickness of 5 nm to 5 μm. In fact, it is easy to understand that the minimum thickness is a thickness which advantageously makes it possible to cover the at least one surface of the substrate without leaving holes. The maximum thickness is not limited, it is however superfluous to use too large amounts of material to implement the present invention. The step (c) of modification is carried out by localized treatment. "Localized" means in this "defined". In this step, a defined zone, in thickness and on the surface, of the material layer of formula (α) is converted into a material of formula (β). The size of the surface of the transformed material is determined essentially by the surface of the material exposed to ultraviolet radiation or plasma.
Le traitement ultraviolet ou le traitement plasma peut être tout traitement connu de l'homme du métier qui induit la transformation du matériau de formule (α) en matériau de formule (β) . Le traitement UV peut également être réalisé par laser. Le traitement est avantageusement réalisé par traitement de type irradiation lumineuse (par exemple UVO : ultraviolet- ozone - l'ozone est créé par les UV) ou par traitement de type plasma (par exemple plasma d'hélium, d'argon, corona, atmosphérique, SF6/C>2 , CH3O2, etc.) . Lorsque le traitement est une irradiation lumineuse, la longueur d'onde est généralement inférieure à 300 nm (seuil à partir duquel l'oxygène moléculaire peut être transformé en ozone) en particulier égale à 184,9 nm et 253,7 nm. Les ultraviolets peuvent être générés par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple par une lampe à faible pression de vapeur de mercure pour le traitement en présence d'ozone. Le traitement ultraviolet peut être réalisé avantageusement en présence d'oxygène.The ultraviolet treatment or the plasma treatment may be any treatment known to those skilled in the art which induces the transformation of the material of formula (α) into a material of formula (β). UV treatment can also be performed by laser. The treatment is advantageously carried out by irradiation-type treatment (for example UVO: ultraviolet-ozone - ozone is created by UV) or by plasma-type treatment (for example helium, argon, corona, atmospheric plasma). , SF 6 / C> 2, CH 3 O 2, etc.). When the treatment is a light irradiation, the wavelength is generally less than 300 nm (threshold at which the molecular oxygen can be converted into ozone), in particular equal to 184.9 nm and 253.7 nm. The ultraviolet can be generated by any means known to those skilled in the art, for example by a low pressure mercury vapor lamp for treatment in the presence of ozone. The ultraviolet treatment can be carried out advantageously in the presence of oxygen.
La durée de ce traitement est déterminée notamment par les conditions opératoires utilisées et par l'épaisseur de décomposition souhaitée. Pour des couches de matériaux (α) telles que celles précitées, une durée de traitement de 1 à 20 minutes suffit généralement.The duration of this treatment is determined in particular by the operating conditions used and by the desired decomposition thickness. For layers of materials (α) such as those mentioned above, a treatment time of 1 to 20 minutes is usually sufficient.
La localisation en surface des zones où le matériau (α) est transformé peut être obtenue par exemple en positionnant un masque absorbant autour de ladite, au moins une, zone au cours du traitement. Il peut s'agir d'un masque de type mécanique, par exemple sous forme de cache, ou simplement optique dans le cas d'un rayonnement ultraviolet, utilisé là où le matériau (α) ne doit pas être modifié. Ce masque possède par exemple une ou des ouverture (s) localisant la ou les zones de matériau (α) qui sera (seront) modifiée (s) . On obtient ainsi avantageusement des zones localisées de matériau (β) sans utiliser de technique de photolithographie ou de micro-contact. Le masque peut être constitué d'un matériau choisi parmi un matériau métallique (inox, acier, etc.), du carbone, etc.The surface location of the zones where the material (α) is converted can be obtained for example by positioning an absorbent mask around said at least one zone during the treatment. It may be a mask of the mechanical type, for example in the form of a cover, or simply optical in the case of ultraviolet radiation, used where the material (α) must not be modified. This mask has for example one or openings (s) localising the material zone (s) (α) that will be (are) modified (s). Advantageously, localized areas of material (β) are obtained without using photolithography or micro-contact techniques. The mask may consist of a material chosen from a metallic material (stainless steel, steel, etc.), carbon, etc.
Le procédé de l'invention consiste donc à déposer un matériau amorphe de type SiOxCy:H sur une surface d'un substrat, dont la composition 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 (ou le domaine de composition) est déterminée afin que, notamment, des espèces chimiques ou biologiques, par exemple des cellules vivantes, ne puissent pas adhérer à sa surface. Ce matériau est ensuite modifié localement pour obtenir un matériau de SiOxiCyi:H tel que 1,7 < Xi < 2,5 et 0,1 < yi < 0,4 permettant l'adhésion des espèces chimiques et/ou biologiques . Cette nouvelle composition permet par exemple un développement normal de cellules vivantes et est utilisable pour les applications d'analyse biochimiques. l'The method of the invention therefore consists in depositing an SiO x Cy: H type amorphous material on a surface of a substrate, the composition of which is 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2 (or the composition domain) is determined so that, in particular, chemical or biological species, for example living cells, can not adhere to its surface. This material is then modified locally to obtain a material of SiO x iC y i: H such that 1.7 <Xi <2.5 and 0.1 <yi <0.4 allowing the adhesion of chemical and / or biological species . This new composition allows for example a normal development of living cells and can be used for biochemical analysis applications. the
L'invention a ainsi pour objet de permettre la localisation d'espèces chimiques ou biologiques en favorisant leur adhésion sur des zones spécifiques de la surface d'un substrat. La localisation est en outre facilitée par une modification de l'énergie de surface, le matériau passant d'un caractère hydrophobe (matériau (α) ) à hydrophile (matériau (β) ) .The object of the invention is therefore to enable the localization of chemical or biological species by promoting their adhesion on specific areas of the surface of a substrate. Localization is further facilitated by a modification of the surface energy, the material passing from a hydrophobic character (material (α)) to hydrophilic (material (β)).
Selon l'invention, le matériau (β) peut en outre être fonctionnalisé en vue de la fixation sur celui-ci d'une espèce chimique ou biologique. Aussi, la présente invention se rapporte également à un substrat selon l'invention, dans lequel le matériau de formuleAccording to the invention, the material (β) may also be functionalized for the attachment thereto of a chemical or biological species. Also, the present invention also relates to a substrate according to the invention, in which the material of formula
(β) est ainsi fonctionnalisé. La fonctionnalisation est réalisée par tout moyen chimique connu de l'homme du métier en vue de pouvoir fixer des molécules sur une surface à base de silice. Il peut s'agir par exemple d'une fonctionnalisation destinée à former des groupes silanols, par exemple en vue de la fixation d'acides nucléiques. Ces techniques sont bien connues de l'homme du métier.(β) is thus functionalized. The functionalization is carried out by any chemical means known to those skilled in the art in order to fix molecules on a silica-based surface. It may be for example a functionalization intended to form silanol groups, for example for the purpose of fixing nucleic acids. These techniques are well known to those skilled in the art.
Selon l'invention, l'étape (d) peut être réalisée par exemple par immersion du substrat obtenu à l'étape (c) dans ladite solution de l'espèce chimique ou biologique, ou par dépôt sous forme de goutte de ladite solution de l'espèce biologique sur ladite zone localisée de matériau (β) obtenue à étape (c) . L'immersion est de préférence faite pendant une durée suffisante pour permettre l'adhésion des espèces chimiques ou biologiques, par exemple des cellules. Le dépôt sous forme de goutte peut être réalisé par exemple par les techniques connues de l'homme du métier pour disposer des gouttes d'une solution sur la surface d'un substrat, par exemple par micropipettage ou au moyen d'un appareil de type jet d'encre (« jet printing » en anglais) . La solution peut être toute solution appropriée pour contenir ladite espèce chimique. De préférence, elle n'est pas corrosive pour le substrat de la présente invention, en particulier pour les matériau (α) et (β) . Il peut s'agir par exemple d'une solution aqueuse, par exemple aussi d'un liquide physiologique, d'une solution tampon, d'un tampon biologique, etc. Il peut s'agir également d'une solution de polymères (Nafion (marque de commerce) , colles comme les colles époxy, les colles conductrices, les résines) , des huiles, des solvants organiques ou inorganiques, des acides organiques ou inorganiques, etc.According to the invention, step (d) can be carried out for example by immersing the substrate obtained in step (c) in said solution of the chemical or biological species, or by depositing in the form of a drop of said solution of the biological species on said localized zone of material (β) obtained in step (c). The immersion is preferably made for a time sufficient to allow the adhesion of chemical or biological species, for example cells. The deposition in the form of a drop can be carried out for example by the techniques known to those skilled in the art for disposing drops of a solution on the surface of a substrate, for example by micropipettage or by means of an ink jet type apparatus ("jet printing" in English). The solution may be any suitable solution to contain said chemical species. Preferably, it is not corrosive for the substrate of the present invention, in particular for the materials (α) and (β). It may be for example an aqueous solution, for example also a physiological liquid, a buffer solution, a biological buffer, etc. It can also be a solution of polymers (Nafion (trademark), glues such as epoxy glues, conductive glues, resins), oils, organic or inorganic solvents, organic or inorganic acids, etc. .
Cette étape (d) peut être réalisée sans fonctionnalisation, directement sur le substrat de la présente invention. Elle peut aussi être réalisée après fonctionnalisation.This step (d) can be performed without functionalization, directly on the substrate of the present invention. It can also be performed after functionalization.
Selon l'invention, lorsque l'espèce est biologique, elle peut être choisie par exemple dans le groupe constitué d'une cellule eucaryote, d'une cellule procaryote, d'une protéine, d'une glycoprotéine, d'une enzyme, d'un antigène, d'un anticorps, d'ADN, d'ARN, d'une hormone, d'un tissu vivant, d'un réseau protéique ou glycoprotéique.According to the invention, when the species is biological, it can be chosen for example from the group consisting of a eukaryotic cell, a prokaryotic cell, a protein, a glycoprotein, an enzyme, a an antigen, an antibody, DNA, RNA, a hormone, a living tissue, a protein or glycoprotein network.
Selon l'invention, lorsque l'espèce est chimique, il peut s'agir d'un polymère, par exemple organique. Les inventeurs de la présente ont en effet remarqué de manière inattendue que les zones de matériau (β) sont très favorables à l'adhérence et à la croissance de cellules et les zones de matériau (α) très défavorables à leur croissance. La présente invention permet donc de localiser l'adhésion de cellules vivantes .According to the invention, when the species is chemical, it may be a polymer, for example organic. The inventors of the present have in fact unexpectedly noticed that the material zones (β) are very favorable to the adhesion and growth of cells and the material zones (α) are very unfavorable to their growth. The present invention thus makes it possible to locate the adhesion of living cells.
L'ensemble des technologies de photolithographie et de gravure utilisé actuellement ne permet pas d'obtenir un tel comportement. En outre, sur les substrats obtenus par les techniques de l'art antérieur, les cellules adhèrent et se développent souvent indifféremment hors des zones définies par ces techniques. Ce n'est pas le cas dans la présente invention.All the photolithography and etching technologies currently used do not make it possible to obtain such behavior. In addition, on the substrates obtained by the techniques of the prior art, the cells adhere and often develop indifferently outside the zones defined by these techniques. This is not the case in the present invention.
Le micromatriçage d'espèces biologiques sur une surface trouve un certain nombre d'applications comme par exemple les stratégies combinatoires de criblages, les détecteurs analytiques multiples et la possibilité de moduler les interactions cellule-substrat en dirigeant dans l'espace la croissance de cellules.The micromatrixing of biological species on a surface finds a number of applications such as combinatorial screening strategies, multiple analytical detectors and the ability to modulate cell-substrate interactions by spatially directing cell growth.
Le matriçage obtenu par le procédé de la présente invention est stable dans le temps et n'est pas sensible aux différents nettoyages chimiques. En outre, la technique utilisée dans la présente invention est peu sensible au vieillissement du substrat.The stamping obtained by the process of the present invention is stable over time and is not sensitive to different chemical cleanings. In addition, the technique used in the present invention is insensitive to the aging of the substrate.
Le procédé de la présente invention permet avantageusement de traiter des plans non horizontaux et donc des substrats structurés par des micro-canaux fluidiques par exemple. La localisation de zones « hydrophiles » matérialisées par les zones localisées de matériau (β) permet de conférer en plus au substrat des propriétés fluidiques : elle permet une localisation de gouttes de liquide de culture dans les zones adhérentes aux molécules biologiques, remplissage ou définition de capillaires .The method of the present invention advantageously makes it possible to process non-horizontal planes and thus substrates structured by fluidic micro-channels for example. The location of "hydrophilic" zones materialized by the localized zones of material (β) makes it possible to confer in addition to the substrate fluidic properties: it allows a localization of drops of culture liquid in the zones adhering to the biological molecules, filling or definition of capillaries.
Le dépôt de molécules chimiques ou biologiques est aisé car les zones non adhérentes (matériau de formule (α) ) sont hydrophobes et celles adhérentes (matériau de formule (β) ) sont hydrophiles. Les solutions de l'espèce chimique ou biologique déposées sont donc très précisément localisées.Deposition of chemical or biological molecules is easy because the non-adherent zones (material of formula (α)) are hydrophobic and those adherent (material of formula (β)) are hydrophilic. The solutions of the deposited chemical or biological species are therefore very precisely located.
Il n'y a pas de lithographie ou de dépôt de composés de structuration de la surface, tels que des résines. Le film est continu et conforme à d'éventuelles structurations du substrat. Les propriétés d'adhérence peuvent ainsi être conférées à des surfaces non horizontales. Le procédé de la présente invention peut s'appliquer sur de grandes surfaces, ce qui permet la fabrication collective de dispositifs. Le procédé de l'invention est en outre économiquement très rentable puisqu'il est très simple à réaliser. Un autre avantage de la présente invention est que le matériau SiOxCy:H est transparent en fluorescence X . On peut donc par fluorescence X, par exemple au-dessous d'une lame de verre en tant que substrat, visualiser les cellules marquées ou pas. La présente invention peut être utilisée par exemple pour la fabrication d'une biopuce ou d'un microsystème d'analyse chimique ou biochimique. La présente invention se rapporte donc également à un microsystème d'analyse chimique ou biochimique, ou à une biopuce, comprenant un substrat selon l'invention. En effet, une fois que les espèces chimiques ou biologiques sont liées à la surface du substrat suivant la présente invention, elles peuvent être analysées suivant les procédés connus de l'homme du métier pour l'analyse et/ou la détection de molécules ou cellules à la surface d'un substrat, notamment dans le domaine des biopuces .There is no lithography or deposition of surface structuring compounds, such as resins. The film is continuous and conforms to possible structuring of the substrate. The adhesion properties can thus be imparted to non-horizontal surfaces. The method of the present invention can be applied over large areas, allowing the collective fabrication of devices. The method of the invention is also economically very profitable since it is very simple to achieve. Another advantage of the present invention is that the SiOxCy: H material is transparent in X-ray fluorescence. It is therefore possible by X-ray fluorescence, for example below a glass slide as a substrate, to visualize the labeled cells or not. The present invention can be used for example for the manufacture of a biochip or a microsystem of chemical or biochemical analysis. The present invention thus also relates to a microsystem for chemical or biochemical analysis, or to a biochip, comprising a substrate according to the invention. Indeed, once the chemical or biological species are bonded to the surface of the substrate according to the present invention, they can be analyzed according to the methods known to those skilled in the art for the analysis and / or the detection of molecules or cells on the surface of a substrate, particularly in the field of biochips.
D'autres applications possibles du procédé de l'invention sont par exemple la localisation de colle (qui représente l'espèce chimique dans le procédé de l'invention) sur une zone hydrophile, par exemple pour le collage d'un capot ; la localisation de gouttes de liquide sur des zones localisées d'une surface d'un substrat pour connecter électriquement deux surfaces, par exemple superposées, par exemple dans un procédé « flip chip » ou pour former une connexion classique en localisant des pistes conductrices ; la localisation d'éléments magnétiques pour un dépôt localisé d'aimants après évaporation d'une goutte de solution comprenant lesdits aimants ; le dépôt sur des zones localisées d'une surface d'un substrat de gouttes formant des microlentilles ou le dépôt sur des zones localisées d'une surface d'un substrat de cristaux liquides dans le domaine de l'optique.Other possible applications of the process of the invention are, for example, the location of glue (which represents the chemical species in the process of the invention) on a hydrophilic zone, for example for bonding a hood; the location of liquid drops on localized areas of a surface of a substrate for electrically connecting two surfaces, for example superimposed, for example in a "flip chip" method or to form a conventional connection by locating conductive tracks; locating magnetic elements for a localized deposition of magnets after evaporation of a drop of solution comprising said magnets; depositing on localized areas a surface of a droplet substrate forming microlenses or depositing on localized areas a surface of a liquid crystal substrate in the field of optics.
Pour la mise en œuvre de ces autres applications, selon l'invention, on utilise avantageusement les protocoles décrits dans les documents suivants en remplaçant le substrat décrit dans ces documents par celui de la présente invention. En d'autres termes, les zones localisées de matériau de formule (β) de la présente invention servent de supports pour mettre en œuvre les procédés décrits dans les documents suivants :For the implementation of these other applications, according to the invention, the protocols described in the US Pat. following documents by replacing the substrate described in these documents by that of the present invention. In other words, the localized areas of material of formula (β) of the present invention serve as supports for carrying out the processes described in the following documents:
- localisation de colle : par exemple collage d'un capot (par exemple joint pour scellement de capot) : WO-A-04/043849 (dépôt de matériau siliconé) ; - localisation de colle : par exemple collage de substrats microstructurés (dépôt de colle) : FR-A-glue localization: for example bonding of a cover (for example seal for bonnet sealing): WO-A-04/043849 (deposit of silicone material); glue localization: for example bonding of microstructured substrates (glue deposition): FR-A-
2 856 047 ; localisation de gouttes de liquide pour connecter électriquement deux surfaces (par exemple hybridation « flip chip » - par exemple dépôt de matériau conducteur) : FR-A-2 748 849 ;2,856,047; locating drops of liquid for electrically connecting two surfaces (for example hybridization "flip chip" - for example deposition of conductive material): FR-A-2,748,849;
- dépôt de gouttes formant des microlentilles ou dépôt de cristaux liquides dans le domaine de l'optique (par exemple lentilles liquides - dépôt de liquide sur un substrat) : FR-A-2 851 052.depositing drops forming microlenses or deposition of liquid crystals in the field of optics (for example liquid lenses - deposition of liquid on a substrate): FR-A-2 851 052.
D'autres caractéristiques apparaîtront encore à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées .Other characteristics will become apparent upon reading the examples which follow, given by way of illustration and without limitation, with reference to the appended figures.
Brève description des figuresBrief description of the figures
Figure 1 : représentation schématique d'un substrat textures obtenu suivant le procédé de la présente invention. - Figure 2 : représentation graphique du nombre de cellules en fonction du temps d'incubation pour trois échantillons différents, comprenant tous les trois une couche de matériau de formule (α) (précurseur OMCTS) , et, chacun, différentes durées de modifications de zones localisées en matériau de formule (β) par traitement ultraviolet + ozone (UVO) . Sur cette figure, N = nombre de cellules comptées par ml (voir § E ci- dessous) .Figure 1: Schematic representation of a textured substrate obtained according to the method of the present invention. - Figure 2: graphical representation of the number of cells according to the incubation time for three different samples, comprising all three a layer of material of formula (α) (precursor OMCTS), and each different durations of localized changes of material of formula (β) by ultraviolet + ozone treatment (UVO). In this figure, N = number of cells counted per ml (see § E below).
Figure 3 : représentation graphique de la comparaison du nombre de cellules après 96 heures de culture pour OMCTS/OMCTS UVO 10 minutes et polycarbonate/polycarbonate + UVO 10 minutes.3: graphical representation of the comparison of the number of cells after 96 hours of culture for OMCTS / OMCOS UVO 10 minutes and polycarbonate / polycarbonate + UVO 10 minutes.
Figure 4 : photographie montrant l'adhérence localisée de cellules vivantes sur un substrat texture selon l'invention.Figure 4: Photograph showing the localized adhesion of living cells on a textured substrate according to the invention.
EXEMPLESEXAMPLES
A- préparation du substratA- preparation of the substrate
Le support qui a été utilisé pour mettre en œuvre le procédé de l'invention est une lame de verre.The support which has been used to implement the method of the invention is a glass slide.
La lame est débarrassée de ses poussières par un jet d'air comprimé.The blade is freed from its dust by a jet of compressed air.
B- dépôt d'une couche de matériau de formule (α) La lame est introduite dans un équipement PECVD pour réaliser un dépôt de SiO0.7C0.05H0.25•B-deposit of a layer of material of formula (α) The blade is introduced into a PECVD equipment to deposit SiO0.7C0.05H0.25 •
Les conditions de dépôt sont les suivantes : plasma à couplage capacitif OMCTSO (Aldrich, 98%) /HeThe deposition conditions are as follows: capacitive coupling plasma OMCTSO (Aldrich, 98%) / He
(99.999%) . Puissance RF : 50 watt (0,1 watt/cm2, générateur de puissance advanced energy RFlOS) , pression : 0,2 mBar, débit OMCTS = 2,82xlO"4 mole/min, He : 500 standard cm3, distance inter électrodes : 30 mm, température : ambiante.(99.999%). RF power: 50 watt (0.1 watt / cm 2 , advanced energy RFlOS power generator), pressure: 0.2 mBar, OMCTS flow rate = 2.82x10 -4 mole / min, He: 500 standard cm 3 , interelectrode distance: 30 mm, temperature: ambient.
Une couche de SiO0.7C0.05H0.25 de 50 nm a été déposée.A layer of SiO0.7C0.05H0.25 of 50 nm was deposited.
C- Modification de matériau de formule (α) en matériau de formule (β) par traitement ultraviolet + ozoneC- Modification of material of formula (α) in material of formula (β) by ultraviolet treatment + ozone
Trois échantillons identiques sont traités de manières différentes. Les trois échantillons comprennent à leur surface une couche de matériau de formule (α) (précurseur OMCTS) déposée suivant le procédé décrit dans le paragraphe B.Three identical samples are treated in different ways. The three samples comprise on their surface a layer of material of formula (α) (OMCTS precursor) deposited according to the method described in paragraph B.
La modification localisée du matériau de formule (α) en matériau de formule (β) a été réalisée par traitement ultraviolet (UVO) (modification photochimique) .The localized modification of the material of formula (α) in material of formula (β) was carried out by ultraviolet (UVO) treatment (photochemical modification).
Dans cet exemple la modification localisée est réalisée par un appareil de nettoyage par UV-Ozone (UVO Cleaner) modèle 342-220 fabriqué par Jelight Compagny (2 Mason, Irvine, CA92618 U.S.A.) .In this example the localized modification is carried out by a UV-Ozone cleaner (UVO Cleaner) model 342-220 manufactured by Jelight Company (2 Mason, Irvine, CA92618 U.S.A.).
L'appareil fonctionne à l'air ambiant, c'est-à- dire à pression atmosphérique et température ambiante. Une lampe à faible pression de vapeur de mercure, en forme de grille, émettant un rayonnement ultraviolet large, entre autres des bandes dans l'UV profond à 184.9 nm et à 253.7 nm a été utilisée. La lampe a une puissance de 28 μW/cm2 à 6 mm.The apparatus operates in ambient air, that is, at atmospheric pressure and ambient temperature. A low-pressure mercury vapor lamp, a grid-shaped, emitting a wide ultraviolet radiation, among others bands in the deep UV at 184.9 nm and 253.7 nm was used. The lamp has a power of 28 μW / cm 2 to 6 mm.
La température augmente de quelques dizaines de degrés durant le traitement (jusqu'à 50-70° environ) pour une durée d'exposition élevée (supérieure à 20 min) mais n'altère pas, a priori, le processus. La lampe de l'appareil est mise à préchauffer 10 minutes pour obtenir une émission UV optimale.The temperature increases by a few tens of degrees during the treatment (up to about 50-70 °) for a long exposure time (greater than 20 min) but does not alter, a priori, the process. The lamp of the device is put to preheat 10 minutes to obtain an optimal UV emission.
Le substrat est placé dans un emplacement porte échantillons de l'appareil, à une distance de 5 mm à 1 cm environ de la lampe à mercure (comme conseillé dans le manuel de l'appareil) .The substrate is placed in a sample holder location at a distance of approximately 5 mm to 1 cm from the mercury lamp (as recommended in the device manual).
Dans les différents essais réalisés, l'exposition est supérieure à 1 minute et peut durer plusieurs dizaines de minutes selon les conditions : - si la surface est directement exposée auxIn the various tests carried out, the exposure is greater than 1 minute and can last several tens of minutes depending on the conditions: - if the surface is directly exposed to
UV, à travers un masque mécanique par exemple, l'exposition est de l'ordre de 1 à 10 minutes; en revanche, à travers un masque optique en quartz, par exemple de 2 mm d'épaisseur, qui absorbe une bonne quantité d'UV profonds : environ 50% de perte à 184.9 nm et 20% de perte à 253.7 nm, il faut une exposition de 30 minutes à 2 heures pour obtenir un effet équivalent (le problème est lié à la mauvaise transmittance du quartz dans l'UV profond) . La localisation de la zone irradiée est réalisée en utilisant un masque mécanique en acier. Le masque mécanique est maintenu plaqué sur la lame par un pincement sur les cotés, laissant accessible le motifUV, through a mechanical mask for example, the exposure is of the order of 1 to 10 minutes; on the other hand, through a quartz optical mask, for example 2 mm thick, which absorbs a good amount of deep UV: about 50% loss at 184.9 nm and 20% loss at 253.7 nm, it takes a exposure from 30 minutes to 2 hours to obtain an equivalent effect (the problem is related to the poor transmittance of quartz in the deep UV). The location of the irradiated area is achieved using a mechanical steel mask. The mechanical mask is kept pressed on the blade by a pinch on the sides, leaving the pattern accessible
(trous) aux UV. Des durées de traitement de modification différentes, d'un échantillon à l'autre, ont été réalisées : échantillon 1 : OMCTS + UVO 3 minutes échantillon 2 : OMCTS + UVO 5 minutes - échantillon 3 : OMCTS + UVO 10 minutes Un échantillon témoin est également réalisé : OMCTS sans traitement de modification.(holes) to UV. Different modification treatment times, from one sample to the next, were performed: sample 1: OMCTS + UVO 3 minutes sample 2: OMCTS + UVO 5 minutes - sample 3: OMCTS + UVO 10 minutes A control sample is also performed: OMCTS without modification treatment.
La figure 1 annexée est une représentation schématique d'un substrat texture (1) obtenu suivant le procédé de la présente invention. Sur cette figure, la référence (S) indique le support de silicium, (α) indique le matériau de formule (α) (OMCTS) , et (β) indique les zones où le matériau de formule (β) a été formé par modification photochimique du matériau de type (α) .The appended FIG. 1 is a schematic representation of a textured substrate (1) obtained according to the method of the present invention. In this figure, the reference (S) indicates the support of silicon, (α) indicates the material of formula (α) (OMCTS), and (β) indicates the areas where the material of formula (β) has been formed by modification. photochemical material type (α).
D- décomposition de matériau de formule (α) en matériau de formule (β) par traitement plasma HeD-decomposition of material of formula (α) in material of formula (β) by He plasma treatment
Un traitement par un plasma He permet d'obtenir des résultats équivalents voire légèrement meilleurs.He plasma treatment makes it possible to obtain equivalent or slightly better results.
Dans ce cas le protocole est le suivant, à la place du protocole du paragraphe C ci-dessus : le masque mécanique est maintenu plaqué sur le substrat par un pincement sur les cotés, laissant accessible le motif (trous) au plasma. Le substrat est introduit dans l'équipement PECVD décrit précédemment puis est directement exposé au plasma.In this case the protocol is the following, instead of the protocol of paragraph C above: the mechanical mask is maintained plated on the substrate by a pinch on the sides, leaving the pattern (holes) to the plasma. The substrate is introduced into the PECVD equipment described above and is then directly exposed to the plasma.
Le traitement au plasma Hélium dure 1 minute, les conditions sont RF 200W, 0,2 mbar, 500 sccm He.The plasma treatment Helium lasts 1 minute, the conditions are RF 200W, 0.2 mbar, 500 sccm He.
E- Mise en contact du matériau de formule (β) avec une espèce biologiqueE- bringing the material of formula (β) into contact with a biological species
Des cellules ovariennes de hamster (CHO) vivantes ont été mises en solution aqueuse à raison de 7xlO3 cellules/ml. Les substrats des différents échantillons obtenus suivant les protocoles des paragraphes C et D ont été immergés dans la solution.Live hamster ovary (CHO) cells were put in aqueous solution at 7 × 10 3 cells / ml. The substrates of the different samples obtained according to the protocols of paragraphs C and D were immersed in the solution.
Les substrats textures ainsi recouverts de gouttes de solution de cellules vivantes ont alors été incubés pendant 0, 24, 48, 72 et 96 heures à 370C.The textured substrates thus covered with drops of solution of living cells were then incubated for 0, 24, 48, 72 and 96 hours at 37 ° C.
Le nombre de cellules adhérentes sur les zones précitées a été compté par comptage manuel soit directement sous le microscope, soit sur des clichés obtenus au microscope aux durées d'incubation 0, 24, 48, 72 et 96 heures, après lavage des échantillons par tampon physiologique.The number of adherent cells on the aforementioned zones was counted by manual counting either directly under the microscope or on microscope slides at incubation times of 0, 24, 48, 72 and 96 hours, after washing the samples by buffer. physiological.
La figure 2 annexée montre les résultats des mesures pour les différents échantillons ayant subi un traitement de décomposition de 3, 5 et 10 minutes.The appended FIG. 2 shows the results of the measurements for the various samples having undergone a decomposition treatment of 3, 5 and 10 minutes.
On remarque sur cette figure que la différence du nombre de cellules entre la zone de composition SiOxCyH2 et la zone de composition SiOxiCyiHzi est très importante (facteur 10) après 96 heures d'incubation. Ces résultats montrent clairement la différence d'adhérence de cellules sur un substrat grâce au procédé de la présente invention.It is noted in this figure that the difference in the number of cells between the composition zone SiO x C y H 2 and the composition zone SiO x iC y iH z i is very important (factor 10) after 96 hours of incubation. These results clearly show the difference in adhesion of cells to a substrate by the method of the present invention.
Un étalement optimal des cellulesOptimal cell spreading
(31 μm +/-17 μm) est obtenu avec 3 à 5 minutes de traitement UVO avec un masque mécanique. Avec un traitement plus long, les cellules s'étalent beaucoup moins. L'adhésion cellulaire est très sensible à la présence de charges et de liaisons hydrogène. Dans le cas des substrats OMCTS traités à l'UVO, le comportement optimal observé est obtenu pour des traitements de 3 à 7 minutes, c'est à dire lorsque la proportion de liaisons hydrogène est élevée parmi les interactions polaires. En dessous, les interactions polaires sont trop faibles pour faciliter l'adhésion. Au-dessus de cette durée, le nombre de charges devient très important. Ces charges, a priori négatives, auront tendance à induire une répulsion électrostatique des cellules (chargées négativement à leur surface) qui s'oppose fortement à l'adhésion induite par les liaisons hydrogène. La figure 4 est une photographie montrant l'adhérence localisée des cellules dans des zones de 480 μm de diamètre après 72 heures de culture et un simple lavage des cellules non adhérentes au tampon salin.(31 μm +/- 17 μm) is obtained with 3 to 5 minutes of UVO treatment with a mechanical mask. With a longer treatment, the cells spread much less. Cell adhesion is very sensitive to the presence of charges and hydrogen bonds. In the case of OMCTS substrates treated with UVO, the observed optimal behavior is obtained for treatments of 3 to 7 minutes, that is to say when the proportion of hydrogen bonds is high among the polar interactions. Below, the polar interactions are too weak to facilitate adhesion. Above this time, the number of charges becomes very important. These charges, a priori negative, will tend to induce an electrostatic repulsion of the cells (negatively charged on their surface) which strongly opposes the adhesion induced by the hydrogen bonds. Figure 4 is a photograph showing the localized adhesion of the cells in 480 μm diameter areas after 72 hours of culture and a simple washing of non-adherent cells to the saline buffer.
F- ComparatifF- Comparative
La figure 3 annexée compare des résultats de comptage de cellules adhérentes sur la surface de quatre substrats différents : - une surface obtenue à partir d'un support en polycarbonate traité suivant les protocoles décrits dans les paragraphes (B) et (E) (pas de traitement de modification) ci-dessus (OMTCS) (« AA » pour art antérieur) ; - une surface obtenue à partir d'un support en polycarbonate traité suivant le procédé de l'invention décrit dans les paragraphes (B) à (E) ci- dessus (traitement de décomposition de 10 minutes) (OMTCS + UVO 10 minutes) (matériaux α et β) ; - une surface de polycarbonate (PC) non traitée par le procédé de l'invention. une surface de polycarbonate soumise uniquement au traitement de décomposition de 10 minutes (pas de couche de matériau (α) ) (PC+ UVO 10 minutes) .The attached FIG. 3 compares adherent cell count results on the surface of four different substrates: a surface obtained from a polycarbonate support treated according to the protocols described in paragraphs (B) and (E) (no modification processing) above (OMTCS) ("AA" for prior art); a surface obtained from a polycarbonate support treated according to the process of the invention described in paragraphs (B) to (E) above (10 minute decomposition treatment) (OMTCS + UVO 10 minutes) ( α and β materials); a polycarbonate (PC) surface not treated by the process of the invention. a polycarbonate surface subjected only to the decomposition treatment of 10 minutes (no layer of material (α)) (PC + UVO 10 minutes).
Le protocole du paragraphe D a été appliqué pour le dépôt de cellules vivantes CHO. Le comptage des cellules a été effectué après 96 heures d'incubation.The protocol of paragraph D has been applied for depositing living CHO cells. Cells were counted after 96 hours of incubation.
Le nombre de cellules avant et après traitement UV + ozone ne permet pas d'obtenir une différence de croissance de cellules très importante sur les surfaces en polycarbonate (résultats AA sur la figure 3) qui n'ont pas été traitées suivant le procédé de la présente invention.The number of cells before and after UV + ozone treatment does not make it possible to obtain a very large cell growth difference on the polycarbonate surfaces (AA results in FIG. 3) which have not been treated according to the method of the invention. present invention.
En revanche, sur la surface traitée par le procédé de l'invention, une nette différence d'adhérence apparaît entre les zones localisées traitées photochimiquement (matériau de formule (α) ) et les zones non traitées (matériau de formule (β) ) .On the other hand, on the surface treated by the process of the invention, a clear difference in adhesion occurs between the localized zones treated photochemically (material of formula (α)) and the untreated zones (material of formula (β)).
Des résultats similaires sont obtenus avec un support en copolymère cyclooléfine (COC) ou en polystyrène acrylonitrile (SAN) .Similar results are obtained with a cycloolefin copolymer (COC) or polystyrene acrylonitrile (SAN) support.
Sur les substrats traités plasma Hélium, les cellules se multiplient aussi vite mais s'étalent beaucoup plus que sur les substrats traités UVO. Les cellules ont un étalement chiffrable par leur diamètre moyen de 42 μm +/-15 μm sur les substrats traités plasma Hélium, contre 31 μm +/-17 μm sur un substrat traité UVO 3 minutes, et 20 μm +/-3 μm sur un substrat OMTCS sans traitement. 6- Application de la présente invention sur un autre supportOn Helium Plasma treated substrates, the cells multiply as fast but spread much more than UVO-treated substrates. The cells have a measurable spread by their mean diameter of 42 μm +/- 15 μm on the substrates treated plasma Helium, against 31 μm +/- 17 μm on a treated substrate UVO 3 minutes, and 20 μm +/- 3 μm on an OMTCS substrate without treatment. 6- Application of the present invention on another support
Dans cet exemple, on remplace le support de verre utilisé dans les exemples A a D précédents par un autre matériau et on applique le procédé de l'invention comme dans les exemples A a D.In this example, the glass support used in Examples A to D above is replaced by another material and the method of the invention is applied as in Examples A to D.
On montre dans cet exemple, notamment, que le procédé de l'invention fonctionne sur tout type de support, et apporte d'autres avantages encore que ceux précités liés aux caractéristiques du substrat de la présente invention.It is shown in this example, in particular, that the method of the invention operates on any type of support, and provides other advantages that those mentioned above related to the characteristics of the substrate of the present invention.
Le support choisi pour la mise en œuvre de la présente invention est l'électrode d'une pile à combustible, en particulier des piles décrites dans les documents EP-Bl-241432, US-A-4 877 694 et US-A- 4 615 954. En fait, on remplace les couches hydrophiles décrites dans ces documents par le matériau β obtenu à partir du matériau α selon le procédé de l'invention.The support chosen for the implementation of the present invention is the electrode of a fuel cell, in particular batteries described in EP-B1-241432, US-A-4,877,694 and US-A-4. In fact, the hydrophilic layers described in these documents are replaced by the material β obtained from the material α according to the method of the invention.
Pour rappel, les piles à combustible comprennent deux électrodes au sein desquelles ont lieu les réactions de réduction de l'oxygène et d'oxydation d'un combustible qui peut être un gaz ou un liquide. Ces électrodes sont généralement constituées de plusieurs couches. Une première couche support à base de tissu ou de feutre de carbone, imprégnée d'un polymère fluoré ou dérivé possédant un caractère fortement hydrophobe à laquelle est ajoutée une couche de diffusion composée d'un mélange de poudre de carbone et de polymère fluoré. Enfin, la dernière couche dite couche active est composée de carbone, d'un catalyseur et d'un liant polymère. La nature des réactions de réduction de l'oxygène produit de l'eau aux sites catalytiques . Par conséquent, les électrodes commerciales utilisent un liant polymère fluoré dont le caractère hydrophobe permet de repousser l'eau produite, évitant ainsi le noyage des « cathodes ». Si l'eau n'est pas éliminée : la cathode est noyée, ce qui empêche l'oxygène d'accéder aux sites catalytiques.As a reminder, fuel cells comprise two electrodes in which occur the reactions of reduction of oxygen and oxidation of a fuel which may be a gas or a liquid. These electrodes generally consist of several layers. A first fabric or carbon felt backing layer impregnated with a fluorophore or derivative polymer having a strongly hydrophobic character to which is added a diffusion layer composed of a mixture of carbon powder and fluoropolymer. Finally, the last layer called active layer is composed of carbon, a catalyst and a polymeric binder. The nature of the oxygen reduction reactions produces water at the catalytic sites. Consequently, the commercial electrodes use a fluoropolymer binder whose hydrophobic nature makes it possible to repel the water produced, thus avoiding the flooding of the "cathodes". If the water is not removed: the cathode is flooded, which prevents oxygen from accessing the catalytic sites.
L'apport de combustible liquide ou d'ions réactifs aux électrodes requiert cependant un caractère hydrophile des matériaux employés . Dans le cas où les piles utilisent un combustible liquide comme le méthanol, éthylène glycol ou borohydrure de sodium en solution, le caractère hydrophile de l'électrode permet de faciliter son transport vers les sites catalytiques. Les électrodes commercialement disponibles présentant un caractère hydrophobe limitent ce transport, ce qui fait chuter les performances de la pile. L'énergie de surface des électrodes commerciales est très faible, peu polaire. Elles présentent peu d'affinité avec l'eau qui mouille très peu ce substrat (angle de contact mesuré : 128,8°) .The supply of liquid fuel or reactive ions to the electrodes, however, requires a hydrophilic nature of the materials used. In the case where the batteries use a liquid fuel such as methanol, ethylene glycol or sodium borohydride in solution, the hydrophilic nature of the electrode facilitates its transport to the catalytic sites. Commercially available electrodes having a hydrophobic nature limit this transport, which causes the performance of the battery to fall. The surface energy of commercial electrodes is very low, not very polar. They have little affinity with water that wets the substrate very little (contact angle measured: 128.8 °).
Une autre limitation liée aux électrodes commerciales de caractère hydrophobe réside dans l'assèchement des piles à combustible (par exemple piles de type PEMFC pour « Proton méthanol fuel cell ») utilisant de l'hydrogène. Si ces dernières sont tout à fait adaptées à évacuer l'eau lorsque la densité de courant est élevée, elles le sont moins à faible densité de courant ou au contraire, il est nécessaire l'l'Another limitation related to commercial electrodes of hydrophobic character lies in the drying of fuel cells (for example PEMFC batteries for "proton methanol fuel cell") using hydrogen. If the latter are quite suitable for evacuating water when the current density is high, they are less at low current density or on the contrary, it is necessary the the
de conserver l'eau formée afin d'éviter l'assèchement de la cathode et de la membrane.keep the water formed to avoid drying out the cathode and the membrane.
La gestion de l'eau et de l'alimentation des sites catalytiques en réactifs est un facteur primordial des piles à combustibles. Par conséquent, la quantité de liant conditionne l'efficacité de la cathode. L'optimisation de la quantité de liant nécessite de nombreux essais. En effet, celui-ci peut enrober les sites de platine et par conséquent diminuer le nombre de sites « actifs » s'il est employé en trop grande quantité. De même, s'il est utilisé parcimonieusement, électrolyte va noyer les sites « actifs » qui n'auront alors plus accès à l'oxygène. L'équilibre à réaliser entre l'accès à électrolyte et l'oxygène ainsi que l'accès aux électrons est une donnée essentielle de fonctionnement des électrodes.The management of water and the supply of catalytic reactant sites is a major factor in fuel cells. Therefore, the amount of binder conditions the efficiency of the cathode. Optimizing the amount of binder requires many tests. Indeed, it can coat platinum sites and therefore reduce the number of "active" sites if it is used in too large quantities. Similarly, if used sparingly, electrolyte will drown the "active" sites that will then no longer have access to oxygen. The balance to be achieved between the electrolyte access and the oxygen and the access to the electrons is an essential data of operation of the electrodes.
Par exemple dans le document EP-Bl-O 241 432, les auteurs décrivent une cathode à air dont la couche active contient des matériaux hydrophobes et hydrophiles, la couche de diffusion de gaz étant hydrophobe. Ce document décrit la superposition de parties hydrophiles (à base de fibres) , et hydrophobes sous forme de poudre. Elles sont assemblées sous forme de feuilles pour constituer la couche active. De manière un peu différente, dans US-A-For example in EP-B-00241 432, the authors describe an air cathode whose active layer contains hydrophobic and hydrophilic materials, the gas diffusion layer being hydrophobic. This document describes the superposition of hydrophilic (fiber-based) and hydrophobic parts in the form of powder. They are assembled in the form of sheets to form the active layer. In a slightly different way, in US-A-
4 877 694 la composition générale des cathodes est basée sur deux couches, une hydrophobe (couche de diffusion gazeuse) et l'autre hydrophile (couche active) ; elle est remplacée par une couche « duale » contenant les matériaux actifs et de diffusion de gaz. l'l'The general composition of the cathodes is based on two layers, one hydrophobic (gaseous diffusion layer) and the other hydrophilic (active layer); it is replaced by a "dual" layer containing active materials and gas diffusion. the the
Le caractère hydrophile est renforcé par l'utilisation de polyères hydrophiles .The hydrophilic nature is enhanced by the use of hydrophilic polyesters.
Dans le document US-A-4 615 954 l'équilibre de perméabilité électrolyte gaz est assuré par un mélange particulier de composants comprenant un carbone à surface développée très élevée.In US-A-4,615,954 the gas electrolyte permeability balance is ensured by a particular mixture of components comprising a very high surface area carbon.
Les procédés décrits dans ces trois documents présentent les inconvénients suivants :The methods described in these three documents have the following drawbacks:
- réalisation de couches complexes nécessitant un assemblage de plusieurs couches hydrophobes et hydrophiles. Avec un risque de décollement des couches entre elles ou de formation d'une zone étanche à électrolyte située à la jonction entre deux couches. - adjonction de composés hydrophobes ou hydrophiles sous forme de poudres ou utilisation de matériau à haute surface développée diminuant la cohésion intrinsèque de l'électrode, ce qui favorise sa délamination et donc une baisse de performances.- Production of complex layers requiring assembly of several hydrophobic and hydrophilic layers. With a risk of separation of the layers between them or formation of an electrolyte tight zone located at the junction between two layers. - Addition of hydrophobic or hydrophilic compounds in the form of powders or use of high developed surface material decreasing the intrinsic cohesion of the electrode, which promotes delamination and therefore a decrease in performance.
- emploi de deux polymères différents présentant chacun un caractère hydrophile ou hydrophobe et dont la mise en œuvre requiert une étape de mélange homogène supplémentaire. Comme on le montre dans cet exemple, la présente invention résoud ces trois inconvénients simultanément.use of two different polymers each having a hydrophilic or hydrophobic character and the implementation of which requires an additional homogeneous mixing step. As shown in this example, the present invention solves these three disadvantages simultaneously.
Dans le but de maintenir un équilibre entre la perméabilité à électrolyte liquide et le gaz réactif, Les inventeurs modifie grâce au procédé de la présente invention, l'énergie de surface des électrodes. l'l'l'In order to maintain a balance between the liquid electrolyte permeability and the reactive gas, the inventors modify, thanks to the method of the present invention, the surface energy of the electrodes. the the the
La présente invention permet en effet de rendre les surfaces traitées super hydrophile. Cela permet ainsi d'une part d'assurer le transport des combustibles polaires vers les sites catalytiques et ainsi accroître les performances électrochimiques des piles à combustible (par exemple de type DMFC (« direct methanol fuel cell ») , DEFC, PAFC, SAFC, etc..) et d'autre part de limiter l'assèchement des piles à combustibles à protons (par exemple de type PEMFC) lorsque ces dernières travaillent à haute tension (fort rendement) . Ainsi, le procédé de l'invention permet d'améliorer la stabilité de leur performance.The present invention makes it possible to render the treated surfaces super hydrophilic. This allows on the one hand to ensure the transport of polar fuels to the catalytic sites and thus increase the electrochemical performance of fuel cells (for example of the DMFC (direct methanol fuel cell), DEFC, PAFC, SAFC, etc.) and on the other hand to limit the drying of proton fuel cells (for example PEMFC type) when the latter work at high voltage (high efficiency). Thus, the method of the invention makes it possible to improve the stability of their performance.
Les inventeurs on modifié une des faces de la cathode pour la rendre plus hydrophile suivant le protocole décrit dans les exemples précédents. Ceci à permis de favoriser l'accès de électrolyte aux sites réactifs de la cathode sans limiter la diffusion de l'oxygène provenant de la face non traitée. L'utilisation de polymères halogènes hydrophobes en quantité suffisante permet à la fois de garantir 1'hydrophobicité de la cathode et la cohésion de celle- ci.The inventors have modified one of the faces of the cathode to make it more hydrophilic according to the protocol described in the previous examples. This made it possible to promote electrolyte access to the reactive sites of the cathode without limiting the diffusion of oxygen from the untreated side. The use of hydrophobic halogenated polymers in sufficient quantity makes it possible both to guarantee the hydrophobicity of the cathode and the cohesion thereof.
La modification est générée par un traitement plasma ou dépôt ultramince d'une couche super hydrophile conforme à la présente invention. Ce traitement est appliqué uniquement sur la face de l'électrode en contact avec électrolyte ou le combustible liquide. La diffusion de électrolyte ou du combustible dans la cathode est alors améliorée sur une faible épaisseur. Des essais réalisés dans cet exemple ont permis de valider la modification de pénétration deThe modification is generated by plasma treatment or ultrathin deposition of a superhydrophilic layer according to the present invention. This treatment is applied only on the face of the electrode in contact with the electrolyte or the liquid fuel. The diffusion of electrolyte or fuel in the cathode is then improved to a small thickness. Tests carried out in this example have validated the modification of the penetration of
1'électrolyte sur une cathode puisque un traitement de plasma d'hélium a permis de modifier l'angle de contact (interface solide électrolyte) de 128 à 26°.The electrolyte on a cathode since a helium plasma treatment has made it possible to modify the contact angle (solid electrolyte interface) of 128 to 26 °.
De même, avec un plasma oxygène l'angle de contact mesuré est alors de 36,2°.Likewise, with an oxygen plasma, the measured contact angle is then 36.2 °.
Un dépôt plasma de matériau super hydrophile (SiOx) conforme à la présente invention a permis de valider un mouillage total.Plasma deposition of superhydrophilic material (SiO x ) according to the present invention has made it possible to validate a total wetting.
Des essais de polarisation ont montré une densité de courant améliorée de 3% pour un traitement plasma hélium.Polarization tests have shown an improved current density of 3% for helium plasma treatment.
La présente invention concerne donc également une pile à combustible comprenant un électrolyte et des électrodes, dans laquelle la mouillabilité d'au moins une des électrodes est modifiée par un procédé comprenant les étapes suivantes :The present invention therefore also relates to a fuel cell comprising an electrolyte and electrodes, wherein the wettability of at least one of the electrodes is modified by a method comprising the following steps:
(a) fournir une électrode qui sert de substrat ;(a) providing an electrode that serves as a substrate;
(b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ;(b) depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α) SiO x C y : H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2;
(c) modifier par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4.(c) modifying by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula (α) deposited in step (b) in a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1, 7 ≤ xl ≤ 2.5 and 0.1 <yl <0.4.
Selon l'invention, la cathodes ou l'anode peut donc avoir été traitée par plasma, par exemple par plasma d'hélium ou d'oxygène. Toutes les l'According to the invention, the cathode or the anode may therefore have been treated with plasma, for example with helium or oxygen plasma. All the the
caractéristiques de ce procédé sont déjà décrites dans la partie « exposé de l'invention » de la présente. Les piles à combustibles peuvent être toutes celles connues de l'homme du métier, par exemple celles décrites dans les documents précités .The features of this process are already described in the "disclosure" portion of the present invention. The fuel cells may be all those known to those skilled in the art, for example those described in the aforementioned documents.
Ainsi, cet exemple démontre les avantages suivants du procédé de l'invention :Thus, this example demonstrates the following advantages of the method of the invention:
Augmentation du nombre de sites catalytiques accessibles, permettant une augmentation de la densité de courant de l'électrode ;Increase in the number of accessible catalytic sites, allowing an increase in the current density of the electrode;
Utilisation de cathodes avec un taux de liant élevé (20 à 70%) qui permet une meilleure cohésion améliorant la durée de vie de l'électrode. Limitation du nombre de polymères utilisés ; le choix de la technique de plasma ou de dépôt permet en modifiant les paramètres d'ajuster l'équilibre de perméabilité de électrolyte à différents taux de liant (de 10 à 70%) . Use of cathodes with a high binder content (20 to 70%) which allows a better cohesion improving the lifetime of the electrode. Limitation of the number of polymers used; the choice of the plasma or deposition technique makes it possible, by modifying the parameters, to adjust the equilibrium of electrolyte permeability at different binder levels (from 10 to 70%).

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat comprenant : un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 ≤ x ≤ 1,3 et 1,5 ≤ y ≤ 2 ; et un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 < xl < 2,5 et 0,1 < yl < 0,4.1. Substrate comprising: a material of formula (α) SiO x C y : H where 0.7 ≤ x ≤ 1.3 and 1.5 ≤ y ≤ 2; and a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1.7 <xl <2.5 and 0.1 <yl <0.4.
2. Substrat selon la revendication 1, ledit substrat comprenant en outre une espèce chimique ou biologique liée au matériau de formule (β) .2. Substrate according to claim 1, said substrate further comprising a chemical or biological species related to the material of formula (β).
3. Substrat selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le substrat est un substrat organique ou inorganique.The substrate of claim 1 or 2, wherein the substrate is an organic or inorganic substrate.
4. Substrat selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le substrat est constitué d'un matériau choisi dans le groupe comprenant du verre, de la silice, du polycarbonate, du polyméthylméthacrylate, , du polystyrène, du copolymère cyclooléfine, et du polystyrène acrylonitrile.The substrate of claim 1 or 2, wherein the substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silica, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, cycloolefin copolymer, and acrylonitrile polystyrene. .
5. Substrat selon la revendication 2, dans lequel l'espèce étant biologique, elle est choisie dans le groupe constitué d'une cellule eucaryote, d'une cellule procaryote, d'une protéine, d'une glycoprotéines, d'une enzyme, d'un antigène, d'un anticorps, d'ADN, d'ARN, d'une hormone, d'un tissu vivant, d'un réseau protéique ou glycoprotéique. 5. The substrate according to claim 2, wherein the species being biological, it is chosen from the group consisting of a eukaryotic cell, a prokaryotic cell, a protein, a glycoprotein, an enzyme, an antigen, an antibody, DNA, RNA, a hormone, a living tissue, a protein or glycoprotein network.
6. Substrat selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une des surfaces du substrat comprend à la fois le matériau de formule (α) et le matériau de formule (β) .6. Substrate according to claim 1 or 2, wherein at least one of the surfaces of the substrate comprises both the material of formula (α) and the material of formula (β).
7. Substrat selon la revendication 6, dans lequel ladite, au moins une, surface du substrat est une surface structurée et/ou une surface comportant des fonctions électriques .The substrate of claim 6, wherein said at least one surface of the substrate is a structured surface and / or a surface having electrical functions.
8. Substrat selon la revendication 1 ou 6, dans lequel le matériau de formule (β) est fonctionnalisé pour la fixation sur celui-ci d'une espèce chimique ou biologique.8. Substrate according to claim 1 or 6, wherein the material of formula (β) is functionalized for the attachment thereto of a chemical or biological species.
9. Microsystème d'analyse chimique ou biochimique comprenant un substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.9. Microsystem of chemical or biochemical analysis comprising a substrate according to any one of claims 1 to 8.
10. Biopuce comprenant un substrat selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.10. A biochip comprising a substrate according to any one of claims 1 to 8.
11. Procédé de localisation d'une espèce chimique ou biologique sur un substrat comprenant les étapes suivantes :11. A method of locating a chemical or biological species on a substrate comprising the following steps:
(a) fournir un substrat ;(a) providing a substrate;
(b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; (c) modifier par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de l'(b) depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α) SiO x C y : H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2; (c) modifying by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the the
matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4 ; etmaterial of formula (α) deposited in step (b) in a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1.7 ≤ xl ≤ 2.5 and 0.1 <yl <0.4; and
(d) mettre en contact lesdites zones localisées du matériau de formule (β) avec une solution de l'espèce chimique ou biologique.(d) contacting said localized areas of the material of formula (β) with a solution of the chemical or biological species.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le substrat est un substrat organique ou inorganique.The method of claim 11, wherein the substrate is an organic or inorganic substrate.
13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le substrat est constitué d'un matériau choisi dans le groupe comprenant du verre, de la silice, du polycarbonate, du polyméthylméthacrylate, du polystyrène, du copolymère cyclooléfine, et du polystyrène acrylonitrile.The method of claim 11, wherein the substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silica, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, cycloolefin copolymer, and polystyrene acrylonitrile.
14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la couche de matériau de formule (α) est déposée sur ladite surface du substrat par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma d'un polysiloxane.14. The method of claim 11, wherein the layer of material of formula (α) is deposited on said surface of the substrate by plasma-enhanced chemical vapor deposition of a polysiloxane.
15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le polysiloxane est hexaméthyldisiloxane ouThe process according to claim 13, wherein the polysiloxane is hexamethyldisiloxane or
1'octaméthylcyclotétrasiloxane, le tétraméthylcyclotétrasiloxane.Octamethylcyclotetrasiloxane, tetramethylcyclotetrasiloxane.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la couche de matériau de formule (α) est déposée sur ladite surface du substrat à une épaisseur de 5 nm à 5 μm.16. The method of claim 14, wherein the layer of material of formula (α) is deposited on said surface of the substrate at a thickness of 5 nm to 5 μm.
17. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la zone localisée est définie en positionnant un masque absorbant autour de ladite, au moins une, zone au cours du traitement photochimique.The method of claim 11, wherein the localized area is defined by positioning an absorbent mask around said at least one area during photochemical processing.
18. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le traitement ultraviolet est réalisé en présence d'oxygène.18. The method of claim 11, wherein the ultraviolet treatment is carried out in the presence of oxygen.
19. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape (d) est réalisée par immersion du substrat obtenu à l'étape (c) dans ladite solution de l'espèce biologique.19. The method of claim 11, wherein step (d) is performed by immersing the substrate obtained in step (c) in said solution of the biological species.
20. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape (d) est réalisée par dépôt sous forme de goutte de ladite solution de l'espèce biologique sur ladite zone localisée de matériau (β) obtenue à 1'étape (c) .20. The method of claim 11, wherein step (d) is carried out by dropwise deposition of said solution of the biological species on said localized area of material (β) obtained in step (c).
21. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'espèce étant biologique, elle est choisie dans le groupe constitué d'une cellule eucaryote, d'une cellule procaryote, d'une protéine, d'une glycoprotéines, d'une enzyme, d'un antigène, d'un anticorps, d'ADN, d'ARN, d'une hormone, d'un tissu vivant, d'un réseau protéique ou glycoprotéique. 21. The method according to claim 11, wherein the species being biological, it is chosen from the group consisting of a eukaryotic cell, a prokaryotic cell, a protein, a glycoprotein, an enzyme, an antigen, an antibody, DNA, RNA, a hormone, a living tissue, a protein or glycoprotein network.
22. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21 pour la fabrication d'une biopuce ou d'un microsystème d'analyse chimique ou biochimique.22. Use of a method according to any one of claims 11 to 21 for the manufacture of a biochip or a microsystem for chemical or biochemical analysis.
23. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21 pour la localisation de colle sur une zone hydrophile.23. Use of a method according to any one of claims 11 to 21 for the location of glue on a hydrophilic zone.
24. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21 pour la localisation de gouttes de liquide pour connecter électriquement deux surfaces .24. Use of a method according to any one of claims 11 to 21 for locating drops of liquid for electrically connecting two surfaces.
25. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21 pour la localisation d'éléments magnétiques pour un dépôt localisé d'aimants après évaporation d'une goutte de solution comprenant lesdits aimants .25. Use of a method according to any one of claims 11 to 21 for locating magnetic elements for a localized deposition of magnets after evaporation of a drop of solution comprising said magnets.
26. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 21 pour le dépôt de gouttes formant des microlentilles ou le dépôt de cristaux liquides dans le domaine de l'optique.26. Use of a method according to any one of claims 11 to 21 for depositing drops forming microlenses or deposition of liquid crystals in the field of optics.
27. Pile à combustible comprenant un électrolyte et des électrodes, dans laquelle la mouillabilité d'au moins une des électrodes est modifiée par un procédé comprenant les étapes suivantes : (a) fournir une électrode qui sert de substrat ;A fuel cell comprising an electrolyte and electrodes, wherein the wettability of at least one of the electrodes is modified by a method comprising the steps of: (a) providing an electrode that serves as a substrate;
(b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α) SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ;(b) depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α) SiO x C y : H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2;
(c) modifier par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 < xl < 2,5 et 0,1 < yl < 0,4.(c) modifying by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula (α) deposited in step (b) in a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1, 7 <xl <2.5 and 0.1 <yl <0.4.
28. Pile selon la revendication 27, dans laquelle la cathodes ou l'anode a été traitée par plasma.28. The cell of claim 27, wherein the cathode or anode has been plasma treated.
29. Pile selon la revendication 28, dans laquelle le plasma utilisé est un plasma d'hélium.29. The cell of claim 28, wherein the plasma used is a helium plasma.
30. Pile selon la revendication 28, dans laquelle le plasma utilisé est un plasma d'oxygène.30. The cell of claim 28, wherein the plasma used is an oxygen plasma.
31. Procédé de fabrication d'une pile à combustible comprenant un électrolyte et des électrodes, dans lequel la mouillabilité d'au moins une des électrodes est modifiée par un procédé comprenant les étapes suivantes :A method of manufacturing a fuel cell comprising an electrolyte and electrodes, wherein the wettability of at least one of the electrodes is modified by a method comprising the steps of:
(a) fournir une électrode qui sert de substrat ;(a) providing an electrode that serves as a substrate;
(b) déposer sur au moins une surface du substrat une couche d'un matériau de formule (α)(b) depositing on at least one surface of the substrate a layer of a material of formula (α)
SiOxCy:H où 0,7 < x < 1,3 et 1,5 < y < 2 ; (c) modifier par traitement ultraviolet ou plasma au moins une zone localisée de la couche de matériau de formule (α) déposée à l'étape (b) en un matériau de formule (β) SiOxiCyi:H où 1,7 ≤ xl ≤ 2,5 et 0,1 < yl < 0,4.SiO x C y : H where 0.7 <x <1.3 and 1.5 <y <2; (c) modifying by ultraviolet or plasma treatment at least one localized zone of the layer of material of formula (α) deposited in step (b) in a material of formula (β) SiO x iC y i: H where 1, 7 ≤ xl ≤ 2.5 and 0.1 <yl <0.4.
32. Procédé selon la revendication 31, dans laquelle la cathodes ou l'anode a été traitée par plasma.32. The method of claim 31, wherein the cathode or anode has been plasma treated.
33. Procédé selon la revendication 32, dans laquelle le plasma utilisé est un plasma d'hélium.33. The method of claim 32, wherein the plasma used is a helium plasma.
34. Procédé selon la revendication 32, dans laquelle le plasma utilisé est un plasma d'oxygène. 34. The method of claim 32, wherein the plasma used is an oxygen plasma.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2908558A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-16 Commissariat Energie Atomique Material for constituting an electrolyte for a fuel cell, comprises a hydrophobic matrix, and a structure of organic glass, crystals, polymers and ceramics
US8057852B2 (en) 2006-11-23 2011-11-15 National Research Council Of Canada Microdevice for a fluorescence-based assay, and a method for making the microdevice
US11393679B2 (en) 2016-06-13 2022-07-19 Gvd Corporation Methods for plasma depositing polymers comprising cyclic siloxanes and related compositions and articles
US11679412B2 (en) 2016-06-13 2023-06-20 Gvd Corporation Methods for plasma depositing polymers comprising cyclic siloxanes and related compositions and articles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5718967A (en) * 1995-10-13 1998-02-17 The Dow Chemical Company Coated plastic substrate
EP1011298A1 (en) * 1998-05-14 2000-06-21 Seiko Epson Corporation Substrate for formation of special pattern, and method of manufacture of substrate

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2758414A1 (en) * 1977-12-28 1979-07-12 Fraunhofer Ges Forschung SILICA HETEROPOLYCONDENSATES, PROCESS FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USE IN THE BREEDING OF LIVE CELLS
FR2614317B1 (en) * 1987-04-22 1989-07-13 Air Liquide PROCESS FOR PROTECTING POLYMERIC SUBSTRATE BY PLASMA DEPOSITION OF COMPOUNDS OF THE SILICON OXYNITRIDE TYPE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAME.
US5814550A (en) * 1995-10-06 1998-09-29 Corning Incorporated Colloidal silica films for cell culture
US7098149B2 (en) * 2003-03-04 2006-08-29 Air Products And Chemicals, Inc. Mechanical enhancement of dense and porous organosilicate materials by UV exposure

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5718967A (en) * 1995-10-13 1998-02-17 The Dow Chemical Company Coated plastic substrate
EP1011298A1 (en) * 1998-05-14 2000-06-21 Seiko Epson Corporation Substrate for formation of special pattern, and method of manufacture of substrate

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANNUAL TECHNICAL CONFERENCE PROCEEDINGS - SOCIETY OF VACUUM COATERS , 45TH, 174-178 CODEN: ATCCDI; ISSN: 0731-1699, 2002, XP008056163 *
BENTEZ F ET AL: "Improvement of hardness in plasma polymerized hexamethyldisiloxane coatings by silica-like surface modification", THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEQUOIA S.A. LAUSANNE, CH, vol. 377-378, 1 December 2000 (2000-12-01), pages 109 - 114, XP004226677, ISSN: 0040-6090 *
DATABASE CA [online] CHEMICAL ABSTRACTS SERVICE, COLUMBUS, OHIO, US; HEGEMANN, D. ET AL: "Improving the adhesion of siloxane-based plasma coatings on polymers with defined wetting properties", XP002326575, retrieved from STN Database accession no. 2003:306583 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2908558A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-16 Commissariat Energie Atomique Material for constituting an electrolyte for a fuel cell, comprises a hydrophobic matrix, and a structure of organic glass, crystals, polymers and ceramics
EP1926170A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-28 Commissariat à l'Energie Atomique Silicon electrolyte material for a fuel cell, manufacturing method and fuel cell implementing such a material
US8057852B2 (en) 2006-11-23 2011-11-15 National Research Council Of Canada Microdevice for a fluorescence-based assay, and a method for making the microdevice
US11393679B2 (en) 2016-06-13 2022-07-19 Gvd Corporation Methods for plasma depositing polymers comprising cyclic siloxanes and related compositions and articles
US11679412B2 (en) 2016-06-13 2023-06-20 Gvd Corporation Methods for plasma depositing polymers comprising cyclic siloxanes and related compositions and articles

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